Unipolarinduktion

1. Einleitung

Abb. 1: Die Unipolarspannung tritt an Schleifkontakten an einem rotierenden Magneten auf.

Die meisten Physiker und Elektrotechniker sind überrascht, aber es ist wahr: an rotierenden Magneten lässt sich mit Schleifkontakten eine Gleichspannung abgreifen (Abb. 1). Die Ursache dafür ist bis heute umstritten. Grob zusammengefasst kann man sagen, dass das Ausmaß der Verwunderung etwa der biographischen Entfernung von der akademischen Forschung entspricht. Konventionell gilt der Effekt als trivial und bleibt weitgehend unbeachtet.
Als Ursache wird meistens die bekannte Lorentz-Kraft angegeben [1,2]. Manche, heutzutage isolierte Forscher führen den Effekt als experimentellen Gegenbeweis der speziellen Relativitätstheorie an [3]. Im nicht-akademischen Bereich gilt die Unipolarinduktion als Kandidat für die Raumenergie-Konversion [4]. Diese Bewertungs-Unterschiede haben wir zum Anlass genommen, das Phänomen genauer zu untersuchen. Um das Ausmaß der Urteilsverzerrung klein zu halten, führen wir diese Experimente komplett eigenständig und ohne Fremdfinanzierung durch.

2. Erste Ergebnisse zur Unipolarinduktion

Mit handelsüblichen NdFeB-Magneten lassen sich bei Radien über 10 mm und Rotationsgeschwindigkeiten von über 10 Hz sehr einfach Unipolarspannungen U in der Größenordnung von 10 mV messen. Derzeit sind die folgenden Zusammenhänge von U unmissverständlich belegt:

• U ist proportional zur Rotationsgeschwindigkeit des Magneten.
• U ist proportional zur Differenz der quadrierten Scheifkontaktabstände zur Drehachse.
• U ist in etwa proportional zur magnetischen Flußdichte in der Drehscheibe.
• U ist nur sporadisch symmetrisch unter Drehsinnumkehr, d.h. manchmal ändert sich nur das Vorzeichen von U, manchmal zusätzlich auch die Magnitude.

Weiterhin deuten sich drei bemerkenswerte Eigenschaften der Unipolarinduktion an. Erstens scheint U vom Winkel der Drehachse zur Erdoberfläche abzuhängen. Sollte sich dieser Befund erhärten, bleibt zu klären, wie und ob überhaupt das Erdmagnetfeld dabei eine Rolle spielt.
Desweiteren deuten Messungen von [5] und anderen daraufhin, dass die Spannung U verschwindet, wenn man statt Schleifkontakten feste Kontakte und einen mitrotierenden Spannungsmesser verwendet. Dies wirft die Frage auf, welche Relativbewegung tatsächlich die Spannung bewirkt. Ist sie vielleicht ein Reibungseffekt? Oder eine Art relativistische Energieerzeugung, wie in [2] vorgeschlagen? Oder etwas völlig anderes?
Die unserer Auffassung nach merkwürdigste Eigenschaft der Unipolarspannung ist deren Beziehung zur Stromstärke. Entscheidend für dessen Untersuchung ist die Verwendung sehr gut leitender Schleifkontakte, etwa auf Flüssigmetallbasis wie z.B. mit dem gut handhabbaren Gallium. Valone [5] berichtet aus seinen aufwändigen Versuchen von Stromstärken von über 300 A (!), die er an seinen Quecksilberkontakten bei Spannungen von ca 100 mV abgreifen konnte. Wir können bisher bestätigen, dass der abgegriffene Strom immerhin so groß ist, dass ein Kurzschluss der beiden Kontakte mit einem Schraubenzieher zu einem Spannungsabfall von << 1mV führt.
Valone [5] betont, dass hohe abgegriffene Ströme auch eine Gegendrehmoment induzieren, die damit einer möglichen Energiegewinnung einen Strich durch die Rechnung machten. Das Gegendrehmoment ist eine Tatsache, aber es ist auch eine Tatsache, dass die konventionell angeführte Lenz'sche Regel dadurch nicht eindeutig bestätigt ist.
Solange die Ursache der Unipolarspannung und des Gegendrehmoments so oberflächlich wie heute üblich behandelt wird, bleibt hier ein großes Rätsel bestehen. Einen gewissen Hinweisen liefern womöglich die historischen Barnett- und das Einstein-deHaas-Experimente zur Beziehung von Rotation und Magnetisierung.
Wir werden an dieser Stelle berichten. Derweil lässt sich von [6] aus erahnen, wie tief die Problematik tatsächlich ist.

3. Verwandte Befunde

Eine ähnliche Strom-Spannungsrelation tritt auch beim Thermo- oder Peltierelement auf. Dort lassen sich ebenfalls aus sehr kleinen Spannungen recht beachtliche, magnetisch wirksame Ströme abgreifen (siehe z.B. das Experiment im Standard-Lehrbuch Bergmann-Schäfer Bd. 1). Temperaturdifferenzen in gerichtete Ströme übertragen zu können erscheint uns ebenso bemerkenswert wie die Möglichkeit, Rotationsdifferenzen als Spannung zu messen.
Das Reich der Rotationen bietet auch in einigen anderen Gebieten erheblichen Diskussionsstoff, sei es im Sagnac-Interferometer und dessen Verwendung im optischen Kreisel, oder sei es der Newton'sche Wassereimer und die bis heute umstrittene Ursache der Massenträgheit, um nur einige wenige zu nennen.

4. Literatur

1. J. Guala-Valverde, P. Mazzoni: The unipolar dynamotor: A Genuine Relational Engine. In: Apeiron, Nr. 8-4, S. 41-52, 2001.
2. J. Guala-Valverde, P. Mazzoni und R. Achilles: The homopolar motor: A true relativistic engine. In: Am. J. Phys., Nr. 70-10, S. 1052-1055, 2002.
3. F. J. Muller: An experimental disproof of special relativity (Unipolar Induction). In: Priv. Webseite, , ca. 1991.
4. S. Finger und C. Jachulke: Unipolargeneratoren. In: Webseite der Raumenergie Fördergesellschaft, ca. 2005.
5. T. Valone: Das Unipolarhandbuch. Michaels-Verlag, ISBN 3-89539-295-2, 2001. NB: Diese deutsche Übersetzung ist zwar lesbar, aber mehr auch nicht. Ich empfehle daher das englische Original.
6. W. Cramp & E.H. Norgrove: Some investigations on the axial spin of a magnet and on the laws of electromagnetic induction. In: J. of the Institution of Electrical Engineers, Nr. 78(481), 1936.