Объяснение эффекта Губера

Прежде всего предлагаю читателю ознакомиться с описанием эффекта из [1]. "В конце 50-х годов швейцарский инженер Ж. Губер обнаружил, что, если к паре железнодорожных колес, соединенных стальной осью, подвести по рельсам ток, на них начинает действовать небольшая сила. Сила возникает только, когда колеса катятся по рельсам, и всегда направлена в сторону их движения. Она не зависит ни от места подключения источника к рельсам, ни от того, постоянный или переменный ток подводится к колесам. С повышением скорости движения колес сила заметно уменьшается, а с увеличением силы тока растет. Губеру удалось использовать обнаруженный эффект для сортировки и сцепки вагонов на железнодорожных горках. … Экспериментально новый эффект был изучен швейцарским инженером очень тщательно. … Ж. Губер считал очевидным, что сила имеет электродинамическую природу, поскольку возникает только при наличии тока, а значит, магнитного поля, и только при движении колес, то есть пересечении ими силовых линий этого поля… Свой ответ на этот вопрос предложили новосибирские исследователи В.В. Косырев, В.Д. Рябко и Н.Н. Вельман, которые в 60-х годах независимо от Губера наблюдали похожие явления. В 1963 г. они получили авторское свидетельство на необычайно простой электродвигатель, состоящий всего-навсего из подшипника качения, в котором между внутренним и внешним кольцами пропускается ток в несколько ампер. Такое нехитрое устройство приходит в движение после первоначального толчка и с одинаковым успехом вертится в любую сторону со скоростью до 1000 оборотов в минуту"… Они объсняли эффект тем, что «подвижная часть вращается в результате упругой деформации деталей при нагреве последних протекающим по ним электрическим током» … "Независимо от Ж. Губера и группы новосибирских исследователей эффект наблюдал и английский физик Р. Мильрой. В 1967 г. он предложил свой, более удобный вариант электродвигателя - вал из проводящего материала, продетый сквозь два подшипника, к внешним обоймам которых подводится ток." … Сотрудники Московского энергетического института К.М. Поливанов, А.В. Нетушил и Н.В Татаринова провели множество экспериментов с различными системами, в которых возникает эффект Губера, и выдвинули новую гипотезу: причина движения - электрическая искра, проскакивающая между катящейся деталью (колесом, шариком) и направляющей (рельсом, кольцом), … а системы, в которых проявляется эффект Губера -плазменные двигатели. Чтобы доказать справедливость своей гипотезы, мoсковские ученые … поместили двигатель Мильроя под вакуумный колпак. … Никаких проявлений эффекта Губера в вакууме обнаружить не удалось… Группа профессора Поливанова закончила исследования еще в 1971 году и об их результатах опубликовала небольшую статью в специальном журнале…"

В [2] описывается применение эффекта Губера при конструировании медицинских микродвигателей. Авторы указывают, что на сегодняшний день не было зарегистрировано ни одной попытки использования эффекта Губера из-за плохого понимания этого явления.

Итак, сила Губера возникает, если

• 1)    наблюдается в воздушной среде (не в вакууме),

• 2)    не зависит от формы тока (постоянный или переменный),

• 3)    возникает только при движении,

• 4)    увеличивается с увеличением силы тока,

• 5)    направлена в сторону движения,

• 6)    уменьшается с увеличением скорости.

Рассмотрим рис. 1, где показана колесная пара, движущаяся по рельсам со скоростью V . По рельсам, радиусам R колес и осью течет ток I . Фактически ток течет по сектору oab . При этом ток, текущий по отрезку ob , преодолевает воздушный промежуток как воздушная дуга. Вокруг рельсов ток I создает магнитный поток с индукцией B . При взаимодействии тока I и индукции B возникает сила Ампера

F = IBR .                                          (1)

Эта сила не действует на радиус oa (т.к. в области этого радиуса нет магнитного потока), но действует на радиус ob и вращает колесо - колесо катиться по рельсу со скоростью V . При этом с очевидностью выполняются условия 1)-5). Что касается условия 6), то оно, видимо, связано с тем, что с увеличением скорости магнитное полебыстрее выдувает дугу (как в дугогасительных аппаратах).

V

B

Рис. 1.

Пусть, например, суммарная сила приложена к точке, расположенной на расстоянии R 2 от рельса. В системе СИ индукция в этой точке

B ~ Ж¹

~ 4п(к/2)"

Из (1, 2) находим вращающую силу, действующую на одно колесо,

F - Жк_ - 2.10-7 ц12.

2π и вращающий момент, действующий на колесную пару, M = FR/ 2.

Если относительная магнитная проницаемость колеса ц = 100 , ток

I = 1000, радиус R = 0.5 , то сила F « 2 • 10

⁷ • 100 • 1000 ² - 20 (Н) и

вращающий момент M « 20 • 0.5/2 « 5 (Н*м).

Таким образом, предположение Губера о том, что сила имеет электродинамическую природу, соответствует действительности.