Физика в школе

Правильное название этого электродвигателя: униполярный двигатель Фарадея.

Главной его частью является проводящий (или покрытый токопроводящим слоем)цилиндрический магнит (в приведённых видеофрагментах используются неодимовые магниты).

Ученики вполне могут дать объяснение его работы. На свободные заряды, движущиеся радиально от оси магнита к его ободу или наоборот, в магнитном поле магнита действует сила Лоренца, направление которой находится по правилу левой руки. Эта сила и создаёт вращающий момент.

Более интересным является рассмотрение униполярного индуктора Фарадея.
Ленцем был сформулирован принцип обратимости электрических машин: принципиальное устройство преобразователя электрической энергии в механическую (электродвигатель) и механической энергии в электрическую (генератор) одинаково. Электродвигатель может играть роль генератора и наоборот, электродинамическая головка может использоваться в качестве микрофона и наоборот.
Если вращать магнит вокруг своей оси, то на свободные заряды, движущиеся вместе с ним, будет действовать сила Лоренца, возникнет разделение зарядов, а значит, разность потенциалов между осью магнита и его ободом, т. е. ЭДС индукции. Явление униполярной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. Такая система будет теперь называться не униполярным двигателем, а униполярным индуктором (генератором, динамо) Фарадея (сам Фарадей ссылался на работы Араго, опубликованные в «Philosophical Transaction», 1825 г.). Если к оси и ободу вращающегося магнита присоединить скользящие контакты, соединённные проводником, то по цепи потечёт ток, который можно обнаружить с помощью гальванометра.
Важно отметить, что в данном случае возникновение ЭДС индукции не связано с изменением магнитного потока, а объясняется только силой Лоренца.
Магнит можно оставить неподвижным, а вращать проводящий диск. Возникнет разность потенциалов между центром диска и его краем. Если соединить эти точки проводником, то по нему потечёт ток.

Интересно отметить: имеет значение – вращать диск относительно неподвижного магнита или вращать магнит относительно неподвижного диска. Во втором случае ЭДС не возникает, хотя, казалось бы, движение относительно, и разницы не должно быть. Но во втором случае нет движения свободных зарядов в магнитном поле (диск неподвижен относительно магнитного поля магнита), и нет изменения магнитного потока через любой мысленно выделенный контур внутри диска (при вращении центрально-симметричного магнита вокруг оси, поле не меняется, вектор В остаётся неизменным в каждой точке).

А теперь вспомним, что наша планета Земля является вращающимся магнитом, а значит, представляет собой униполярный индуктор. Свободные электрические заряды её проводящих сред (ионосферы, морей, недр) подвержены действию силы Лоренца. Возникает глобальное перераспределение зарядов, генерируется ЭДС униполярной индукции. Ясно, что это должно влиять на природные процессы на Земле: на климат, электрические явления в атмосфере. Но в настоящее время эти сложные взаимосвязи не являются хорошо изученными.

В Большом энциклопедическом словаре написано: «В технике униполярные машины используются редко, т.к. они являются токовыми машинами, т.е. дают большой ток (до 100 кА), но маленькое напряжение (1-10 В). Они применяются в электрохимии, при электросварке, в ускорителях заряженных частиц, для питания электромагнитов, в установках электроискровой обработки металлов, как источник питания жидкометаллических насосов постоянного тока и др.» [Униполярная индукция // Большой энциклопедический словарь. Физика. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия». Москва, 1998].
В промышленных униполярных генераторах используют не постоянные магниты, а тороидальные катушки возбуждения. В экспериментальных установках получают ток до миллионов ампер.
Особый класс униполярных генераторов составляют ударные униполярные генераторы, которые при торможении дают очень большие и короткие импульсы тока. Например, от такого генератора питается ТОКАМАК в Канберрском университете в Австралии. Такие мощные импульсы тока хороши для питания перспективных электромагнитных орудий сверхвысокой кинетической энергии. Эти разработки уже ведутся в оборонной промышленности. Например: США отказались от пороха в орудиях.