⚡️ Высоковольтная дуга: физика и история явления 💥

Классический демонстрационный опыт в электротехнике: вторичную обмотку высоковольтного трансформатора (например, катушки Румкорфа или Теслы, или просто повышающий трансформатор) намеренно замыкают. В результате пробоя воздуха между проводниками возникает устойчивый электрический разряд — дуга. Рассмотрим физику процесса:

1. Электрическая дуга — это не просто искра или горячий воздух. Это низкотемпературная плазма (четвертое состояние вещества), с температурой 5000–15000 °C. Проводимость дугового столба близка к проводимости металлов.

2. Дуга горит не только за счет внешнего напряжения. Ключевую роль играет термоэлектронная эмиссия: катод разогревается до таких температур, что начинает «испускать» электроны, поддерживая разряд. Кроме того, происходит ударная ионизация: электроны, ускоряясь в поле, выбивают из атомов газа другие электроны, создавая новые ионы и электроны (лавинообразный процесс).

3. Дуга является мощным источником инфразвука. Быстрое тепловое расширение воздуха в канале разряда создает ударные волны, которые человеческое ухо воспринимает как характерный гул или треск.

4. Под действием магнитных полей и конвекционных потоков плазма в дуге закручивается, формируя устойчивые вихревые структуры, что можно наблюдать при высокоскоростной съемке.

Первым, кто не просто наблюдал, а провел систематические эксперименты с электрической дугой и описал ее как физическое явление, был русский ученый Василий Владимирович Петров.

▪️ В 1802 году, за 8 лет до опытов сэра Хэмфри Дэви, В. В. Петров, собрав крупнейшую для того времени гальваническую батарею (2100 медных и цинковых элементов), получил между угольными электродами «весьма яркую беловатую дугу или пламя».
▪️ В своем фундаментальном труде «Известие о гальвани-вольтовских опытах» он не только подробно описал дугу, но и предсказал ее практическое применение для плавки металлов, освещения и восстановления оксидов.
▪️ Несмотря на приоритет Петрова, в западной научной литературе открытие часто приписывается Дэви (1808-1810 гг.), чьи работы получили более широкую известность.

Таким образом, электрическая дуга — это не просто эффектный разряд, а сложное физическое явление на стыке физики плазмы, термодинамики и акустики, впервые изученное в начале XIX века. #задачи #физика #электродинамика #магнетизм #опыты #physics #эксперименты

⚡️Задачка для наших физиков. Три вопроса для тех, кто хочет проверить своё понимание электродинамики

😖 Медная спираль (проволочная катушка) становится частью электрической цепи.

Демонстрация опыта: Генератор Ван де Граафа.

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚙️ Крутящий Момент vs Мощность - физика процессов

В спорах о характеристиках двигателя часто сталкиваются два понятия: крутящий момент и мощность. Разберем их фундаментальные отличия без упрощений и мифов.

▪️1. Физическая сущность

➖ Крутящий момент (M, Н∙м) — это сила, умноженная на плечо рычага. В двигателе — это сила, с которой кривошипно-шатунный механизм проворачивает коленчатый вал.
Момент — это "рывковая" сила двигателя. Чем он выше, тем сильнее двигатель "тянет" на низких и средних оборотах.

➖ Мощность (N, л.с. или кВт) — это работа, совершаемая в единицу времени. Показывает, какой объем работы двигатель может выполнить за секунду.
Мощность — это "скорость" выполнения работы. Чем она выше, тем большую скорость может развить автомобиль.

▪️2. Математическая связь

Мощность — это производная от работы момента. Классическая формула: N = M × ω = M × (2π × n) / 60 [Вт] = ( M × n × π ) / 30 000 [кВт] ≈ [ M (Н∙м) × n (об/мин) ] / 9549
Если нужна мощность в лошадиных силах (л.с.), учитываем, что 1 кВт ≈ 1.3596 л.с.
N — мощность (кВт),
ω — угловая скорость (рад/с),
M — крутящий момент (Н∙м),
n — частота вращения коленвала (об/мин).
Мощность не существует без момента. Она является его функцией и напрямую зависит от того, какой момент двигатель развивает на конкретных оборотах.

▪️3. Что важнее на практике?

Некорректно противопоставлять эти величины. Они две стороны одной медали. Однако, для понимания поведения автомобиля:

➖ Высокий момент в широком диапазоне оборотов (полка момента) — определяет динамику разгона и эластичность двигателя. Автомобиль с высоким моментом на "низах" будет уверенно трогаться и обгонять без постоянных переключений передач. Крутящий момент — это сила, которая создает ускорение.
➖ Максимальная мощность — определяет потенциальную максимальную скорость автомобиля. Чтобы разогнаться до высоких скоростей, нужна способность совершать большую работу каждую секунду, то есть высокая мощность. Мощность — это результат применения этой силы с определенной частотой (оборотами).

В современных двигателях важен не пик момента или мощности, а их кривые и ширина рабочего диапазона. Идеал — ровная "полка" момента на низких и средних оборотах, которая обеспечивает высокую мощность на верхах. #техника #конструктор #механика #динамика #опыты #авто #двигатели

⚙️ Тест 9 типов подвесок [ЛегоТехникс]

🖥 Конструирование подводной лодки на радиоуправлении из LEGO

⚙️ Редуктор из LEGO с огромным передаточным числом

⚙️ Моделирование решения задачи передвижения автомобилей по песчаному грунту с помощью конструктора LEGO

⛔️ 7 препятствий и 5 LEGO-роботов, которые умеют шагать

⚙️ LEGO® Technic Строительство мостов: Задача на 100 кг!

🎻 Когда Lego играет на гитаре лучше, чем ты...

⚙️ Lego MindStorm

👾 Что будет, если надолго оставить инженера с конструктором Lego

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💡Галогенная лампа накаливания мощностью 20 кВт ⚡️

В контексте кинопроизводства, для создания эффекта естественного солнечного света в павильоне или для ночных съёмок, используются источники света колоссальной мощности. Один из таких инструментов — галогенная лампа накаливания мощностью 20 000 Вт. С физической точки зрения, это устройство — демонстрация фундаментальных законов в экстремальных условиях. Рассмотрим самые интересные факты из физики:

🔸 Закон Джоуля-Ленца. Вся работа этой лампы основана на этом законе. При прохождении электрического тока через вольфрамовую нить её кристаллическая решётка оказывает мощное сопротивление направленному движению электронов. Кинетическая энергия электронов преобразуется в тепловую. При токе в ~91 А (для сети 220 В) и сопротивлении нити накала в несколько Ом, выделяется мощность P = I² * R = 20 000 Вт. Это сопоставимо с мощностью небольшого электрокамина или промышленного обогревателя.

🔸 Температура накала. Для получения видимого излучения вольфрамовая нить должна быть раскалена до температур порядка 3000 К (≈2727 °C). При таких температурах вольфрам активно испаряется, что ограничивает срок службы. Галогенный цикл (наличие паров галогенов, например, йода или брома, в колбе) позволяет частично решить эту проблему, возвращая испарившиеся атомы вольфрама обратно на нить.

🔸 Электрическая прочность. Работа с таким напряжением и, в особенности, током, требует специальных высоковольтных и высокотоковых соединений. Используются керамические патроны и массивные медные контакты, чтобы предотвратить пробой воздуха, нагрев и оплавление соединительных элементов.

🔸Излучение абсолютно чёрного тела. Раскалённая вольфрамовая нить является близким аналогом модели абсолютно чёрного тела. Её спектр излучения — непрерывный и определяется исключительно температурой. Это обеспечивает высокий индекс цветопередачи (CRI ≈100), что критически важно для кинематографии, так как все цвета объектов передаются без искажений.

🔸Смещение Вина. Согласно закону смещения Вина, длина волны, на которую приходится максимум излучения, равна λ_max = b / T, где b — постоянная Вина, T — температура в Кельвинах. Для температуры ~3000 К максимум излучения находится в ближней инфракрасной области. Лишь около 10-15% потребляемой мощности преобразуется в видимый свет, остальное — тепловое (ИК) излучение. Именно поэтому такие осветительные приборы требуют мощных систем жидкостного или воздушного охлаждения.

🔸Световой поток. Для лампы такой мощности световой поток может достигать ~400 000 люмен и более. Для сравнения: стандартная бытовая лампа на 60 Вт дает около 700 лм. Такой поток позволяет эффективно осветить крупные объекты или симулировать дневной свет на большом расстоянии.

Лампа мощностью 20 кВт — это не просто «очень яркая лампочка». Это сложное электротермическое устройство, представляющее собой компромисс между эффективностью, качеством света и колоссальным энергопотреблением, оправданным в рамках требований высокобюджетного кинопроизводства. На видео галогенная лампа мощностью 20 кВт, используемая для съемок крупномасштабных фильмов. #задачи #физика #электродинамика #магнетизм #опыты

▪️Катушка Тесла
▪️ Высоковольтная дуга: физика и история явления
▪️ Демонстрация опыта: Генератор Ван де Граафа.
▪️ Медная спираль
▪️ Задачка для наших физиков. Три вопроса для тех, кто хочет проверить своё понимание электродинамики

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚙️ Помните этот пост на канале? Наверняка, у многих возникли вопросы, которые они постеснялись задать в комментариях. Поэтому сегодня мы поговорим о том, почему такие конструкции НЕ работают в реальной жизни. Разумеется, база рассуждений будет физика. Причем нам нам поможет элементарная физика. В последнее время в сети снова всплыли видео с «революционными» вечными двигателями. Устройство обычно такое: тяжелый маховик, а к его валу подключены несколько пружин, которые, якобы, своим распрямлением постоянно раскручивают систему. Выглядит захватывающе, но это обман. Давайте разберемся, почему это не работает. А пока задам вам вопрос: с чего мы взяли, что энергия, запасенная в сжатой пружине, бесконечна?

Вся магия вечных двигателей рушится на фундаментальном уравнении вращательного движения: J · ε = M , где
J — момент инерции маховика (его «нежелание» раскручиваться или инертность. Это аналог массы во втором законе Ньютона, из которого и выводится закон выше).
ε (эпсилон) — угловое ускорение (оно должно быть отлично от нуля, если двигатель раскручивается или оно может быть равным 0, если система вышла на постоянную скорость вращения).
M — суммарный момент сил, приложенных к системе.

Вот в чём подвох: в такой системе пружины создают силы, направленные в разные стороны. Когда одна пружина пытается раскрутить маховик по часовой стрелке, другая в этот же момент пытается крутить его против. Просто сделайте рисунок с торца такого двигателя. Получится, что алгебраическая сумма моментов всех сил (n сил для n пружин) равна нулю. Подставляем это в наше уравнение: J · ε = 0. Момент инерции J — величина не нулевая (маховик-то есть). Единственный способ выполнить это равенство — сделать угловое ускорение ε равным нулю. Вывод: система не может раскрутиться сама по себе.

Но в чем же подвох на видео? Всё довольно банально:
1. Скрытый источник энергии. Часто в кадр не попадает электромоторчик, спрятанный внутри вала или основания, который и раскручивает маховик.
2. Однократный запуск. Устройство раскручивают вручную, снимают фазу «последнего затухающего колебания», а потом видео зацикливают, создавая иллюзию непрерывного движения.
3. Хитрые ракурсы. Камера не показывает полный цикл работы всех пружин, чтобы зритель не увидел момент, когда они мешают, а не помогают движению.

Как бы вы не хотели изобрести вечный двигатель, вам стоит помнить, что закон сохранения (изменения) энергии работает всегда. Если есть диссипативные силы, то полная энергия системы убывает. И вы не сможете сделать вечный двигатель без пополнения энергией извне (но тогда это уже не вечный двигатель). #задачи #опыты #электродинамика #физика #видеоуроки #fun #physics #science #наука #двигатели #вечныйдвигатель

🔔 Оксфордский электрический звонок: самый долгий научный эксперимент в мире, длящийся с 1840 года

⚡️ Вечный электромагнитный двигатель

😨 Запрещенный генератор свободной энергии с использованием метода якоря

⚡️ Генератор Постоянного Движения

🔧 Картонный вентилятор

🧲 Магнитный двигатель

💦 Фонтан Герона

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚡️ Опыт Ампера: Сила взаимодействия параллельных токов

В 1820 году Андре-Мари Ампер, вдохновлённый открытием Эрстеда (связь электричества и магнетизма), провёл серию фундаментальных экспериментов. В ходе них он установил количественные законы взаимодействия электрических токов.

Суть опыта: Два тонких параллельных проводника, по которым протекает электрический ток, способны механически взаимодействовать:
▪️ Токи, текущие в одном направлении, — притягиваются.
▪️Токи, текущие в противоположных направлениях, — отталкиваются.

Именно Ампер первым количественно исследовал и описал это явление, лежащее в основе определения единицы силы тока — Ампера в системе СИ. Малоизвестные факты:

1. Магнитное поле — относительный эффект. С точки зрения специальной теории относительности, сила притяжения между двумя параллельными токами одного направления может быть интерпретирована как следствие лоренцева сокращения длины. При движении положительных ионов в проводнике для движущихся электронов второго провода расстояние между ионами кажется меньшим, что приводит к возникновению эффективного избыточного положительного заряда и кулоновского притяжения.

2. Сила огромна в масштабах Вселенной. Закон Ампера является фундаментальным для астрофизики. Например, в солнечных вспышках и молниях токи достигают сотен тысяч ампер, и силы Ампера, стремясь их сжать (эффект «пинча»), играют ключевую роль в динамике плазмы.

3. Определение эталона. Один Ампер — это сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр друг от друга, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2×10⁻⁷ ньютона.

⚡️ Задача для подписчиков: следует ли из данных опытов, что большие токи в дуговом разряде или молнии обладают самофокусировкой и уменьшают токовый канал? Если да, то как оценить предельную толщину канала молнии?

#электричество #физика #электродинамика #магнетизм #опыты #physics #эксперименты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib