Dodatnie sprzężenie zwrotne

Efekty oddziaływań elektromagnetycznych wewnątrz krążka wirującego w stacjonarnym polu magnetycznym

Tworzywo każdego ciała można sprowadzić do struktury jonów i elektronów przewodzenia. Jony tworzą przestrzenną siatkę krystaliczną i w przeważającej większości materiałów nie mogą się przemieszczać wewnątrz ciała. Elektrony przewodzenia (pewna ich ilość występuje w każdym materiale) pod wpływem oddziaływań elektromagnetycznych mogą się wewnątrz ciała przemieszczać tworząc zjawisko prądu elektrycznego. Oczywiście, podatność nośników ładunku elektrycznego na przemieszczanie zależy od ich ruchliwości wewnątrz materiałów - ma to związek z efektem Halla. W metalach ruchliwości ujemnych nośników ładunku elektrycznego (elektronów) są bardzo małe, w półprzewodnikach ruchliwości są większe, lecz największe ruchliwości, nośniki ładunków posiadają w cieczach (elektrolitach) i w gazach.

Oddziaływanie poprzeczne.  Wewnątrz krążka, wirującego w polu magnetycznym, oddziaływanie poprzeczne indukuje wzdłuż promienia krążka siłę elektromotoryczną, którą można stwierdzić przy pomocy galwanometru przyłączonego nieruchomym przewodem do osi obrotu i do zewnętrznego obwodu krążka

Oddziaływanie styczne.  Wzdłuż kierunku działania stycznego oddziaływania magnetycznego, wewnątrz krążka istnieje naturalnie zamknięty obwód prądu w którym, podczas obrotów krążka, oddziaływanie styczne działając na elektrony przewodzenia wywołuje obwodowy przepływ swobodnych elektronów.

Wewnątrz krążka powstaje prąd przewodzenia płynący w zamkniętej pętli, zgodnie z kierunkiem działania oddziaływania stycznego.

Kierunek przepływu elektronów przewodzenia nie zależy od kierunku obrotów krążka -
zależy tylko od zwrotu linii sił pola magnetycznego.

Przy dodatnim zwrocie linii sił pola magnetycznego, elektrony przewodzenia wewnątrz wirującego krążka płyną w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, natomiast przy ujemnym zwrocie linii sił pola magnetycznego w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wskazówek zegara. Nietrudno zauważyć, że indukowany oddziaływaniem stycznym obwodowy prąd przewodzenia, wewnątrz krążka, płynie w takim kierunku przy którym następuje wzmocnienie pola magnetycznego przenikającego krążek.
  Pole magnetyczne, wytworzone przez obwodowy prąd przewodzenia, dodaje się do pola magnetycznego istniejącego wcześniej wewnątrz krążka, a jednocześnie wielkość obwodowego prądu przewodzenia, indukowanego oddziaływaniem stycznym, zależy od wielkości wypadkowego pola magnetycznego wewnątrz krążka - niezależnie czy pole to jest zewnętrzne, nie związane z krążkiem, czy wiruje razem z krążkiem.

Przedstawiony mechanizm jest przykładem występowania w przyrodzie zjawiska naturalnego dodatniego sprzężenia zwrotnego.

Indukcja jednobiegunowa

Zjawisko indukcji jednobiegunowej występuje podczas wirowania magnesu lub namagnesowanego walca i polega na powstaniu siły elektromotorycznej wzdłuż promienia walca, skierowanej zawsze do osi walca, niezależnie od kierunku obrotów walca i zwrotu jego pola magnetycznego.

Podczas wirowania walca wraz nim wiruje jego pole magnetyczne i wszystkie elektrony znajdujące się wewnątrz walca.
 
Przy założeniu,  że oddziaływanie  styczne nie istnieje, nie istnieje również oddziaływanie poprzeczne, ponieważ elektrony nie zmieniają swojego położenia względem wirującego wraz z walcem pola magnetycznego. Również szybkość poruszania się elektronów przewodzenia Vs względem wirującego wraz z walcem pola magnetycznego jest równa zero.
Siła elektromotoryczna:

Oddziaływanie styczne pojawia się w momencie powstania ruchu obrotowego walca, równocześnie z pojawieniem się przyspieszenia dośrodkowego działającego na elektrony przewodzenia znajdujące się wewnątrz walca i jest ono wynikiem oddziaływania przyspieszenia dośrodkowego elektronów przewodzenia z polem magnetycznym walca.

Oddziaływanie styczne wywołuje przemieszczanie się (przepływ) elektronów przewodzenia dookoła osi obrotu walca - prąd przewodzenia. Z kolei, obwodowy przepływ elektronów wewnątrz wirującego walca jest równocześnie ruchem elektronów przewodzenia względem związanego z walcem pola magnetycznego, co jest konieczne dla pojawienia się oddziaływania poprzecznego i powstania zjawiska indukcji jednobiegunowej, a ponieważ zwrot wektora szybkości przepływu elektronów w stosunku do wektora pola magnetycznego jest stały, niezależnie od kierunku obrotów, więc siła elektromotoryczna powstająca podczas wirowania magnesu jest zawsze skierowana w jednym kierunku - do osi walca.

Giromagnetyzm

Giromagnetyzm, nazwany od jego odkrywcy, zjawiskiem Barnetta, polega na tym, że ferromagnetyczny pręt poddany szybkiemu wirowaniu wokół swej osi podłużnej zostaje namagnesowany nawet bez obecności zewnętrznego pola magnetycznego.

Giromagnetyzm, również można wyjaśnić zasadą stycznego oddziaływania elektromagnetycznego, jednak warunkiem koniecznym jest wcześniejsze osadzenie ładunku elektrostatycznego na powierzchni pręta, dającego w pierwszej chwili wirowania pręta początkowe pole magnetyczne:

Ładunek elektrostatyczny na powierzchnię pręta może się przedostać z powierzchni Ziemi - gdy pręt jest uziemiony, lub z otaczającego powietrza (powierzchnie są naturalnymi siedliskami ładunków i zawsze jakiś się na nich znajduje). Z chwilą pojawienia się w wirującym pręcie najsłabszego nawet pola magnetycznego, wywołanego wirowaniem ładunku elektrostatycznego, natychmiast pojawia się oddziaływanie styczne wywołujące wewnątrz pręta obwodowy prąd przewodzenia który, dzięki dużej przenikalności magnetycznej ferromagnetycznego tworzywa pręta, oraz dzięki opisanemu wcześniej dodatniemu sprzężeniu zwrotnemu, wzmacnia początkowe pole magnetyczne. Oprócz namagnesowania się, w pręcie ferromagnetycznym podczas wirowania występuje również zjawisko indukcji jednobiegunowej.