Двигатель на эффекте Кюри.

[dima367]

Идея достаточно простая, причем как в теории так и воплощении (по крайней мере на моделях  ).

Ротор представляет из себя круг из магнитного материала. Рядом неподвижно закреплен магнит. Ротор в одном месте, локально, нагревается до температуры кюри  (рядом с магнитом), в следствии чего магнитная связь временно исчезает и схема ротор-статор выходит из устойчивого положения. Ротор сдвигается, пододвигается его холодная часть etc. По мере вращения ротора, нагретые участки охлаждаются и приходят в точку нагрева с температурой ниже точки Кюри. Весь цикл повторяется.

Как видно, даже такая "наколенная" моделька весьма некисло раскручивается.
https://www.youtube.com/watch?v=QyvlGrMUrRk

Слышал, что в свое время даже существовал то ли действующий агрегат, то ли прототип, то ли проект по подъему воды из колодцев для средней азии. Была бесконечная лента с материалами с невысокой точкой кюри.  Вверху они нагревались солнцем,  в колодце вполне логично охлаждалось. Еще где-то слышал про действующие аппараты, с серьезной мощностью и вполне приемлемыми размерами которые делали японцы, но тут могу ошибаться.

1) При попытке подсчитать КПД, понял, что не понимаю как это сделать 
2) Возможно я что-то не до конца понял в физике процесса, но если тупо увеличивать силу постоянного магнита, то будет расти крутящий момент. Получается что при одних и тех же энергозатратах на локальный нагрев, можно очень просто увеличить мощность данного двигателя в очень приличных пределах.

Может кто-нибудь копался в этом эффекте больше чем я и может сказать, что нибудь доброе и светлое по этому поводу ?

Немного оффтопа  . 4-х кратная капча - это что-то. Через регистрацию едва пробился, а сейчас оказывается она и в сообщениях есть

[алабам]

Забавная штука, если это только не розыгрыш .
Что бы вычислить КПД , ваш движитель должен выполнять какую то полезную работу , например - поднимать грузик известной массы на известную высоту за определенное время , зная расход горючего для этого .( школьный курс физики ) ,
если же он просто вращается вхолостую , не выполняя работы , его КПД=0.

[tmiaer]

Если перегреть выше точки кюри, то потеря намагниченности будет необратимая. Диапазон температур с обратимым ослаблением индукции довольно небольшой. Так что есть большие сомнения в надежности данной технологии. Лучше стирлинг.

[mr.Dream]

Очень интересный макет.  Вот только теплоинерция тела не нулевая. Его нужно греть, потом куда то тепло отводить (атмосфера пусть), потом опять греть.  Паровая небольшая турбинка будет иметь гораздо больше КПД.  Такое даже в туризме применялось, чтобы гаджаты подзаряжать. Давало 1-10 вт мощности) а это разве что как макет. Как вечный двигатель на солнечном парусе, который давление света мерит и вертится от этого)

[dima367]

Очень интересный макет.  Вот только теплоинерция тела не нулевая. Его нужно греть, потом куда то тепло отводить (атмосфера пусть), потом опять греть.  Паровая небольшая турбинка будет иметь гораздо больше КПД.  Такое даже в туризме применялось, чтобы гаджаты подзаряжать. Давало 1-10 вт мощности) а это разве что как макет. Как вечный двигатель на солнечном парусе, который давление света мерит и вертится от этого)

Так в этом и фишка (см. 2 вопрос). На самом деле его нужно не греть, а нагреть и держать около точки кюри. Нагреватель (в идеальном цикле)  может добавлять буквально несколько десятков градусов. Где-то видел график падения намагниченности от температуры для никеля. Он достаточно круто падает вниз при расположении температуры по абсциссе.
Где-то даже встречал целое научное исследование, буквально несколько лет назад. Правда там использовали гадолиний с температурой кюри чуть ли не 40-60 градусов и грели горячей водой. Но к сожалению срубился где-то на второй странице. Не пробился через лес формул


По-поводу фейка - это не фейк и как видим оно работало. По школе даже помню такой опыт. см. видео. На уроках физики показывали.
https://www.youtube.com/watch?v=LuAG_-2mIlQ
Эдакий маятничек. Достаточно долго мотался и думаю до меня его показывали на том же кусочке металла не одному классу и поколению школьников.

По-поводу размагничивания, если это не ферромагнетик, то дельта между температурой размагничивания и температурой кюри - приличная.

По-поводу мощности, я не даром задал вопрос №2.

По-поводу КПД, если ответ на №2 = Да, то не пойму как считать затраченную энергию. Ведь на каком-то этапе увеличения силы магнита, его энергия станет просто несоизмеримой с энергией нагревателя.

Т.е. единственное что я не могу понять во всей этой конструкции, это по сути ответ на вопрос №2.
>Получается что при одних и тех же энергозатратах на локальный нагрев, можно очень просто увеличить мощность данного двигателя в очень приличных пределах.

Тупо увеличивая мощность постоянного магнита.

[dima367]

Для определения КПД данного двигателя не достаточно знать температуру нагревателя и холодильника, в уравнение вмешивается магнитное поле.
В связи с тем, что посчитать данную переменную не представляется возможным (слишком много переменных, которые будут на нее влиять - неоднородность и чистота материала ротора, конфигурация и тип самого магнита,местоположение относительно ротора, etc), да и тепло отдаваемое нагревателем посчитать тоже не представляется возможным (какая часть тепла нагревает ротор, а какая - просто рассеивается - неизвестно).

Решил провести эксперимент.

Задачи:
1) Определить какую работу может выполнять нагреватель.
2) Какая работа выполняется при использовании данного нагревателя в данном типе двигателя. Зная цифры п.1 и п.2 можно будет посчитать КПД относительно нагревателя (естественно с какой-то долей погрешности).
3) Как и на сколько будет изменяться выполняемая работа при постоянной конфигурации ротора и нагревателя, но изменении мощности постоянного магнита.

План проведения:

Подготовка

• Изготовление стенда с возможностью смены магнитов. Заказаны магниты М1х4 шт. сила сцепления 4 кг, М2х2 шт. сила сцепления 14 кг. (Характеристики мощности магнитов конечно весьма и весьма условные, но это единственное значение на сайте, опираясь на которое можно примерно определить разницу между 2 видами магнитов.)
  Изготовление ротора из никелевой ленты (или диска - никелевая пластина заказана на алиэкспрессе)
  
• Подбор нагревателя (для обеспечения минимизации погрешностей требуется нагреватель с минимальной температурой - таже свечка или спиртовка не подойдут - температура пламени под 1000 градусов. На данный момент рассматривается вариант спиртовки с разведенным спиртом.)
  

Проведение
п.1
Проводится нагрев нагревателем тарированного кол-ва чистой воды в материале с высокой теплопроводность (алюминий). Фиксация времени полного закипания даст затраченную работу. Во время проведения фиксируется площадь пятна контакта пламени с емкостью и то, какая часть пламени его нагревает (визуально).
п.2
Проводится определения крутящего момента двигателя с магнитом М1, при том же пятне контакта пламени, что и в п.1
п.3
Проводится определения крутящего момента двигателя с магнитом М2 или несколькими М1, при том же пятне контакта пламени, что и в п.1

Задачи на решение (пока идут заказанные товары):
Конструкция нагревателя:

• возможно вариант горелки с разбавленной водой - окажется не совсем пожаробезопасным
  рассмотреть вариант использования борного спирта (с приобретением чистого этанола - проблемы)
• Конструкция стенда:
  как из никелевой ленты с размерами 0.2х10 мм сделать относительно прочное кольцо. Рассматривается вариант намотки данной ленты на керамический ролик.
  как из пластины никеля  100х100х1мм сделать ровный диск. На данный момент вариантов решения нет. Возможно пластина будет использоваться как есть - квадратной
  как определить крутящий момент - пока в голову пришло, только обычная намотка тросика с тарированным грузом, на вал тарированного диаметра.
  

[алабам]

[user]dima367[/user], у вас ошибочное представление методики определения КПД.

[dima367]

[user]dima367[/user], у вас ошибочное представление методики определения КПД.

Любые разумные предложения, поправки и конструктивная критика - принимаются и даже более - ожидаются .
Интересен КПД относительно нагревателя (ибо посчитать работу самого магнита в данной системе, можно конечно, но погрешность будет очень большой)

[алабам]

Для определения КПД важно знать сколько грамм спирта  сгорело при выполнении работы по поднятию груза .
Соотношение количества энергии, нужной для выполнения данной работы и количества ее выделившееся  от сгорания той массы спирта и даст искомый КПД.
Все остальное  вторично и в формуле расчета участия не принимает.
Вообще - это курс школьной физики , вам нужно с него начинать .
Не понимая основ физики, вы можете досчитаться до того что КПД вашей установки будет больше 100% 

[SMILE1]

Интересен КПД относительно нагревателя (ибо посчитать работу самого магнита в данной системе, можно конечно, но погрешность будет очень большой)

[user]dima367[/user], работа (она же энергия  ) полученная от системы деленная на энергию (она же работа  ) приложенная к системе.

Спойлер

Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины)

Считаются только внешние энергии.
Магнит как часть системы в расчете КПД не участвует.

[dima367]

Для определения КПД важно знать сколько грамм спирта  сгорело при выполнении работы по поднятию груза .
Соотношение количества энергии, нужной для выполнения данной работы и количества ее выделившееся  от сгорания той массы спирта и даст искомый КПД.
Все остальное  вторично и в формуле расчета участия не принимает.
Вообще - это курс школьной физики , вам нужно с него начинать .
Не понимая основ физики, вы можете досчитаться до того что КПД вашей установки будет больше 100% 

КПД самой горелки не очень интересует, как вы правильно сказали ее работу можно не получать экспериментальным  путем, а тупо посчитать. Но в целом согласен, посчитаем также КПД всей системы в целом.

[dima367]

Интересен КПД относительно нагревателя (ибо посчитать работу самого магнита в данной системе, можно конечно, но погрешность будет очень большой)

[user]...
Магнит как часть системы в расчете КПД не участвует.

С этого места поподробней пожалуйста. Для выполнения работы в данной системе затрачены два вида энергии - тепловая (для перехода перехода через точку Кюри) и магнитная - для непосредственного вращения ротора, т.е. магнит также совершает работу. Почему магнит не должен участвовать при определении КПД системы ? Или вы хотите сказать, что для совершения работы магнитом (поворот ротора) нужно будет выполнить работу (нагрев ротора) большую, чем совершит магнит при повороте ротора ?

[SMILE1]

С этого места поподробней пожалуйста. Для выполнения работы в данной системе затрачены два вида энергии - тепловая (для перехода перехода через точку Кюри) и магнитная - для непосредственного вращения ротора, т.е. магнит также совершает работу. Почему магнит не должен участвовать при определении КПД системы ? Или вы хотите сказать, что для совершения работы магнитом (поворот ротора) нужно будет выполнить работу (нагрев ротора) большую, чем совершит магнит при повороте ротора ?

Пожалуйста ))
Нет, только тепловая. Магнитная в устройстве используется, но не "затрачивается".

[Leshander]

[user]...
Магнит как часть системы в расчете КПД не участвует.

С этого места поподробней пожалуйста. Для выполнения работы в данной системе затрачены два вида энергии - тепловая (для перехода перехода через точку Кюри) и магнитная - для непосредственного вращения ротора, т.е. магнит также совершает работу. Почему магнит не должен участвовать при определении КПД системы ? Или вы хотите сказать, что для совершения работы магнитом (поворот ротора) нужно будет выполнить работу (нагрев ротора) большую, чем совершит магнит при повороте ротора ?

Точка Кюри точка изменения магнитных свойств материала. Магнит- внешнее поле НЕ движущееся. Играет разница остывшего и горячего материалов. Т.е. скорость остывания влияет на скорость вращения,- для больших конструкций с большим диаметром применимо, для мобильного варианта НЕТ если вы не используете азот для охолождения.
Второй вариант этого без свечи,- катушка в ЭМР и без него есть магнитное поле- нет его.
КПД малый во втором варианте КПД 70%,-но без учёта потерь в управляющих цепях = минусом 30-40%, итог максимум 30% КПД

[Blik86]

Т.е. скорость остывания влияет на скорость вращения,- для больших конструкций с большим диаметром применимо, для мобильного варианта НЕТ если вы не используете азот для охолождения.

Двигатель работает на изменении магнитной проницаемости ферромагнетика. Она происходит близ точки кюри. Чем выше крутизна этого изменения тем меньше нужен градиент температур. На тонкостенных материалах может и пол градуса хватит.

[Leshander]

[user]Blik86[/user], Это классика как писал выше не для мобильных устройств и КПД малый, хотя в пустынях иногда ставят на насос, для мобильных только искуственное смещение точки.

[Leshander]

Тут же посетила мысль об элементе пельтье, если охолождать промежуток куда под силой тяжести опускается колечко на видео то оно будет иметь большую амплитуду. Но автоген с азотом это всё таки максимум.

[Blik86]

если охолождать промежуток куда под силой тяжести опускается колечко на видео то оно будет иметь большую амплитуду.

Скорость может возрасти. Амплитуда либо упадет, либо он вообще остановится.  Амплитуда не может возрасти - чем холодней среда, тем быстрее материал возвращает магнитную проводимость, тем раньше он будет затягиваться магнитным полем в огонь.
Мобильным он не может быть потому что рабочее тело для снижения тепловой инерции и повышения КПД должно быть хрупким, а значит отношение габаритов к выходной мощности печальное.
Если по делу:
Для никеля температура кюри примерно 358 градусов. Печаль...
Если делать "колесо", то делать термокамеру, что бы колесо в нее влезало с минимальным зазором.
Нагнать электро нагревателем в ней температуру чуть выше кюри . Измерить расход электричества на поддержание температуры. Принять это за "0". Прорезать в термокамере щели так что бы они были закрыты колесом (по количеству магнитов). К магнитам сделать магнитопроводы, расположить магнитопроводами напротив щелей. Замерить расход электричества по новой, вычесть "0", поделить на это выходную механическую мощность. А дальше подтягивать теорию и оптимизировать....