Способы извлечения энергии. Резонансный способ извлечения энергии из физического вакуума
Для того, чтобы получить электричество, нужно найти разность потенциалов и проводник. Соединив всё в единый поток, можно обеспечить себе постоянный источник электроэнергии. Однако в действительности приручить разность потенциалов не так-то просто.
Природа проводит через жидкую среду электроэнергию огромной силы. Это разряды молнии, которые, как известно, возникают в воздухе, насыщенном влагой. Однако это всего лишь единичные разряды, а не постоянный поток электроэнергии.
Человек взял на себя функцию природной мощи и организовал перемещение электроэнергии по проводам. Однако это всего лишь перевод одного вида энергии в другой. Извлечение электричества непосредственно из среды остаётся преимущественно на уровне научных поисков, опытов из разряда занимательной физики и создания небольших установок малой мощности.
Проще всего извлекать электричество из твёрдой и влажной среды.
Единство трёх сред
Самой популярной средой в этом случае является почва. Дело в том, что земля – это единство трёх сред: твёрдой, жидкой и газообразной. Меду мелкими частичками минералов расположены капли воды и пузырьки воздуха. Более того, элементарная единица почвы – мицелла или глинисто-гумусовый комплекс представляет собой сложную систему, обладающую разницей потенциалов.
На внешней оболочке такой системы формируется отрицательный заряд, на внутренней – положительный. К отрицательно заряженной оболочке мицеллы притягиваются положительно заряженные ионы, находящиеся в среде. Так что в почве постоянно происходят электрические и электрохимические процессы. В более гомогенной воздушной и водной среде таких условий для концентрации электричества нет.
Как получить электроэнергию из земли
Поскольку в почве есть и электричество, и электролиты, то её можно рассматривать не только как среду для живых организмов и источник урожая, но и как мини электростанцию. Кроме того, наши электрифицированные жилища концентрируют в среде вокруг себя и то электричество, которое «стекает» чрез заземление. Этим нельзя не воспользоваться.
Чаще всего домовладельцы применяют следующие способы извлечения электроэнергии из грунта, расположенного вокруг дома.
Способ 1 - Нулевой провод –> нагрузка –> почва
Напряжение в жилые помещения подается через 2 проводника: фазный и нулевой. При создании третьего, заземлённого, проводника между ним и нулевым контактом возникает напряжение от 10 до 20 В. Этого напряжения достаточно для того, чтобы зажечь пару лампочек.
Таким образом, для подключения потребителей электроэнергии к «земляному» электричеству достаточно создать схему: нулевой провод – нагрузка – почва. Умельцы эту примитивную схему могут усовершенствовать и получить ток большего напряжения.
Способ 2 - Цинковый и медный электрод
Следующий способ получения электричества основан на использовании только земли. Берутся два металлических стрежня – один цинковый, другой медный, и помещаются в грунт. Лучше, если это будет грунт в изолированном пространстве.
Изоляция необходима для того, чтобы создать среду с повышенной солёностью, что несовместимо с жизнью – в таком грунте ничего расти не будет. Стержни создадут разницу потенциалов, а грунт станет электролитом.
В самом простом варианте получим напряжение в 3 В. Этого, конечно мало для дома, но систему можно усложнить, увеличив тем самым мощность.
Способ 3 - Потенциал между крышей и землёй
3. Достаточно большую разность потенциалов можно создать между крышей дома и землёй. Если на крыше поверхность металлическая, а в земле – ферритовая, то можно добиться разницы потенциалов в 3 В. Увеличить этот показатель можно за счёт изменения размеров пластин, а также расстояния между ними.
Выводы
- Изучая данный вопрос я понял, что современная промышленность не выпускает готовых устройства для получения электричества из земли, но это можно сделать и из подручного материала.
- Однако следует учесть, что эксперименты с электричеством опасны. Лучше если вы все же привлечёте специалиста, хотя бы на заключительной стадии оценки уровня безопасности системы.
Идею, заложенную в ниже описываемом устройстве, пытаются реализовать многие. Суть ее такова: есть постоянный магнит (ПМ) — гипотетический источник энергии, выходная катушка (коллектор) и некий модулятор, изменяющий распределение магнитного поля ПМ, создавая тем самым переменный магнитный поток в катушке.
Реализация (18.08.2004)
Для реализации этого проекта (назовем его TEG, как производная от двух конструкций: VTA Флойда Свита и MEG Тома Бердена 🙂) я взял два ферритовых кольцевых сердечника марки М2000НМ размерами O40хO25х11 мм, сложил их вместе, скрепив изолентой, и намотал коллекторную (выходную) обмотку по периметру сердечника — 105 витков проводом ПЭВ-1 в 6 слоев, также закрепив каждый слой изолентой.
Далее оборачиваем это еще раз изолентой и поверх наматываем катушку модулятора (входную). Ее мотаем как обычно — тороидальную. Я намотал 400 витков в два провода ПЭВ-0.3, т.е. получилось две обмотки по 400 витков. Это было сделано с целью расширения вариантов эксперимента.
Теперь помещаем всю эту систему между двумя магнитами. В моем случае это были оксидно-бариевые магниты, материал марки М22РА220-1, намагничен в магнитном поле напряженностью не менее 640000 А/м,
размеры 80х60х16 мм. Магниты взяты из магниторазрядного диодного насоса НМД 0,16-1 или ему подобных. Магниты ориентированы «на притяжение» и их магнитные линии пронизывают ферритовые кольца по оси.
 |
TEG в сборе (схема). |
Работа ТЭГа заключается в следующем. Изначально напряженность магнитного поля внутри коллекторной катушки выше, чем снаружи из-за присутствия внутри феррита. Если же насытить сердечник, то его
магнитная проницаемость резко снизится, что приведет к уменьшению напряженности внутри катушки коллектора. Т.е. нам необходимо создать такой ток в модулирующей катушке, чтобы насытить сердечник. К моменту насыщения сердечника, напряжение на коллекторной катушке будет повышаться. При снятии напряжения с управляющей катушки, напряженность поля вновь возрастет, что приведет к выбросу обратной полярности на выходе. Идея в изложенном виде рождена где-то в середине февраля 2004 г.
В принципе, достаточно одной модуляторной катушки. Блок управления
собран по классической схеме на TL494. Верхний по схеме переменный
резистор меняет скважность импульсов от 0 примерно до 45% на каждом
канале, нижний — задает частоту в диапазоне примерно от 150 Гц до 20
кГц. При использовании одного канала, частота, соответственно,
снижается вдвое. В схеме также предусмотрена защита по току через
модулятор примерно в 5А.
 |
ТЭГ в сборе (внешний вид). |
Параметры ТЭГа (измерено мультиметром MY-81):
сопротивления обмоток:
коллектора — 0,5 Ом
модуляторов — 11,3 Ом и 11,4 Ом
коллектора — 1,16 мГн
модуляторов — 628 мГн и 627 мГн
коллектора — 1,15 мГн
модуляторов — 375 мГн и 374 мГн
Эксперимент №1 (19.08.2004)
Модуляторные катушки соединены последовательно, получилась как бы бифилярка. Использовался один канал генератора. Индуктивность модулятора 1,52 Гн, сопротивление — 22,7 Ом. Питание блока управления
здесь и далее 15 В, осциллограммы снимались двухлучевым осциллографом С1-55. Первый канал (нижний луч) подключен через делитель 1:20 (Cвх 17 пФ, Rвх 1 Мом), второй канал (верхний луч) — напрямую (Cвх 40 пФ, Rвх 1 Мом). Нагрузка в цепи коллектора отсутствует.
Первое на что было обращено внимание: после снятия импульса с управляющей катушки, в ней возникают резонансные колебания, и если следующий импульс подать в момент противофазы резонансному всплеску,
то в этот момент возникает импульс на выходе коллектора. Также это явление было замечено и без магнитов, но в гораздо меньшей степени. Т.е., скажем так, в данном случае важна крутизна смены потенциала на обмотке. Амплитуда импульсов на выходе могла достигать 20 В. Однако ток таких выбросов очень мал, и с трудом удается заряжать емкость на 100 мкФ, подключенную к выходу через выпрямительный мост. Никакую другую нагрузку выход не тянет. На высокой частоте генератора, когда ток модулятора предельно мал, и форма импульсов напряжения на нем сохраняет прямоугольную форму, выбросы на выходе также присутствуют, хотя магнитопровод еще очень далек от насыщения.
Выводы:
Пока ничего существенного не произошло. Просто отметим для себя некоторые эффекты. 🙂
Здесь же, думаю, будет справедливым отметить, что есть, по крайней мере, еще один человек — некий Сергей А, экспериментирующий с такой же системой. Клянусь, до этой идеи мы дошли совершенно независимо:). На сколько далеко прошли его исследования, мне не известно, я с ним не связывался. Но он также отмечал подобные эффекты.
Эксперимент №2 (19.08.2004)
Модуляторные катушки разъединены и подключены к двум каналам генератора, причем подключены встречно, т.е. поочередно создается магнитный поток в кольце в разных направлениях. Индуктивности катушек даны выше в параметрах ТЭГа. Замеры велись как и в предыдущем эксперименте. Нагрузка на коллекторе отсутствует.
Ниже на осциллограммах представлены напряжение на одной из обмоток модулятора и ток через модулятор (слева) и также напряжение на модуляторной обмотке и напряжение на выходе коллектора (справа) при
разной длительности импульсов. Я пока не стану указывать амплитуды и временные характеристики, во-первых, я их не все сохранил, а во-вторых, это пока не важно, пока попытаемся качественно отследить поведение системы.
  |
Скважность заполнения импульсов на канале около 11%, т.е. общая — 22%. |
  |
Скважность заполнения импульсов на канале 17,5%, общая — 35%. |
  |
Удален один магнит. |
  |
Удалены оба магнита. |
При удалении одного магнита, амплитуда выхода снизилась почти в 2 раза. Заметим так же, что снизилась частота осцилляций, поскольку увеличилась индуктивность модуляторов. При удалении второго магнита,
сигнала на выходе нет.
Выводы:
Похоже, идея, в том виде как она была заложена, работает.
Эксперимент №3 (19.08.2004)
Модуляторные катушки вновь соединены последовательно, как в 1-ом эксперименте. Встречное последовательное соединение абсолютно никакого эффекта не дает. Ничего другого я и не ожидал:). Соединены как положено. Проверяется работа, как в холостом режиме, так и с нагрузкой. Ниже на осциллограммах показаны ток модулятора (верхний луч) и напряжение выхода (нижний луч) при различных длительностях импульса на модуляторе. Здесь и далее я решил привязываться к току модуляторов,
как к наиболее подходящему в роли опорного сигнала. Осциллограммы снимались относительно общего провода. Первые 3 рисунка — в холостом режиме, последний — с нагрузкой.
  |
  |
Рисунки слева направо и сверху вниз: 1) малая длительность импульса, 2) увеличение длительности с подходом к области насыщения, 3) оптимальная длительность, полное насыщение и максимальное выходное
напряжение (при холостом ходе), 4) последний режим работы, но с подключенной нагрузкой.
Нагрузкой служила лампа накаливания 6,3 В, 0,22 А. Свечением этоконечно назвать нельзя… 🙂
 |
Замеры мощности в нагрузке не проводились, интересно другое:
Выводы:
Не знаю, что и думать… Потребление снизилось на 0,3%. Сам генератор без ТЭГа потребляет 18,5 мА. Возможно, нагрузка косвенно через изменение распределения магнитного поля повлияла на индуктивность
модуляторов. Хотя, если сравнить осциллограммы тока через модулятор в холостом режиме и с нагрузкой (например, при листании туда-сюда в ACDSee), то можно заметить слабый завал верхушки пика при работе с
нагрузкой. Увеличение же индуктивности привело бы к уменьшению ширины пика. Хотя все это очень призрачно…
Эксперимент №4 (20.08.2004)
Поставлена цель: получить максимальный выход на том что есть. В прошлом эксперименте уперся в предел частоты, на которой обеспечивалась оптимальная длительность импульса при максимально возможном уровне заполнения импульса ~45% (скважность минимальна). Так что необходимо было уменьшить индуктивность модуляторной обмотки (ранее были соединены две последовательно), однако в этом случае
придется увеличить ток. Так что теперь модуляторные катушки подключены раздельно к обоим выходам генератора, как во 2-м эксперименте, однако в этот раз они включены в одном направлении (как указано на
принципиальной схеме генератора). Осциллограммы при этом изменились (снимались относительно общего провода). Выглядят гораздо приятнее:). Кроме того, мы теперь имеем две обмотки, которые работают поочередно. Значит при той же максимальной длительности импульса мы можем удвоить частоту (для данной схемы).
Выбран определенный режим работы генератора по максимальной яркости лампы на выходе. Итак, как обычно, сразу перейдем к рисункам…
  |
Верхний луч — ток модулятора. Нижний слева — напряжение на одном из модуляторов, справа — управляющий импульс этого же канала с выхода TL494. |
Здесь слева явно видим повышение напряжения на обмотке модулятора в период работы второго (второй полупериод, логический «0» на правой осциллограмме). Выбросы при отключении модулятора в 60 вольт ограничиваются диодами, входящими в состав полевых ключей.
  |
Верхний луч — ток модулятора. Нижний слева — напряжение выхода с нагрузкой, справа — напряжение выхода на холостом ходу. |
Нагрузка — все та же лампа 6,3 В, 0,22 А. И снова повторяется картина с потреблением…
Снова имеем снижение потребления при подключенной к коллектору нагрузке. Измерения конечно на пороге точности прибора, но, тем не менее, повторяемость 100%. Мощность в нагрузке составила около 156
мВт. На входе — 9,15 Вт. А про «вечный двигатель» пока никто и не говорил 🙂
Здесь можно полюбоваться на горящую лампочку:
 |
Выводы:
Эффект налицо. Что мы сможем от этого получить — время покажет. На что следует обратить внимание? Первое, увеличить количество витков коллектора, возможно, добавив еще пару колец, а лучше бы подобрать
оптимальные размеры магнитопровода. Кто бы занялся расчетами? 😉 Возможно, имеет смысл увеличить магнитную проницаемость магнитопровода. Это должно увеличить разность напряженностей магнитного поля внутри и снаружи катушки. Одновременно снизить бы индуктивность модулятора. Думалось также, что нужны зазоры между кольцом и магнитом, чтобы, скажем так, было место для изгибания магнитных линий при смене свойств среды — магнитной проницаемости. Однако на практике это приводит только к спаду напряжения на выходе. В настоящий момент зазоры определяются 3 слоями изоленты и толщиной модуляторной обмотки, на глаз это максимум по 1,5 мм с каждой стороны.
Эксперимент №4.1 (21.08.2004)
Предыдущие эксперименты проводились на работе. Принес блок управления и «трансформатор» домой. Такой же набор магнитов у меня давно валялся и дома. Собрал. С удивлением обнаружил, что могу поднять еще частоту. Видимо мои «домашние» магниты были чуть посильнее, вследствие чего индуктивность модуляторов снизилась. Радиаторы уже грелись сильнее, однако ток потребления схемы составил 0,56 А и 0,55 А без нагрузки и с нагрузкой соответственно, при том же питании 15 В. Возможно, имел место сквозной ток через ключи. В данной схеме на высокой частоте такое не исключено. На выход подключил галогенную лампочку на 2,5 В, 0,3А. В нагрузке получил 1,3 В, 200 мА. Итого вход 8,25 Вт, выход 0,26 Вт — КПД 3,15%. Но заметьте, опять же без ожидаемого традиционного влияния на источник!
Эксперимент №5 (26.08.2004)
Собран новый преобразователь (версия 1.2) на кольце с большей проницаемостью — М10000НМ, размеры те же: O40хO25х11 мм. К сожалению, кольцо было только одно. Чтобы уместить больше витков на коллекторной обмотке, провод взят потоньше. Итого: коллектор 160 витков проводом O 0,3 и так же два модулятора по 235 витков, так же проводом O 0,3. А так же найден новый блок питания аж до 100 В и током до 1,2 А. Напряжение питания тоже может сыграть роль, поскольку оно обеспечивает скорость нарастания тока через модулятор, а тот, в свою очередь, скорость изменения магнитного потока, что напрямую связано с амплитудой выходного напряжения.
Пока нечем измерить индуктивности и запечатлеть картинки. Поэтому без излишеств изложу голые цифры. Было проведено несколько измерений при разных напряжениях питания и режимах работы генератора. Ниже приведены некоторые из них.
без выхода в полное насыщение\
Вход: 20 В x 0,3 А = 6 Вт
КПД: 3,6 %
Вход: 10 В x 0,6 А = 6 Вт
Выход: 9 В x 24 мА = 0,216 Вт
КПД: 3,6 %Вход: 15 В x 0,5 А = 7,5 Вт
Выход: 11 В x 29 мА = 0,32 Вт
КПД: 4,2 %
с полным насыщением
Вход: 15 В x 1,2 А = 18 Вт
Выход: 16 В x 35 мА = 0,56 Вт
КПД: 3,1 %
Выводы:
Оказалось, что в режиме полного насыщения, идет спад КПД, поскольку резко возрастает ток модулятора. Оптимального режима работы (по КПД) удалось достичь при напряжении питания 15 В. Влияния нагрузки на источник питания не обнаружено. Для приведенного 3-го примера с КПД 4,2, ток схемы с подключенной с нагрузкой должен увеличиваться примерно на 20 мА, но повышения так же не зафиксировано.
Эксперимент №6 (2.09.2004)
Убрана часть витков модулятора с целью повышения частоты и уменьшения зазоров между кольцом и магнитом. Теперь имеем две обмотки модулятора по 118 витков, намотанных в один слой. Коллектор оставлен без изменений — 160 витков. Кроме того, измерены электрические характеристики нового преобразователя.
Параметры ТЭГа (версия 1.21), измерено мультиметром MY-81:
сопротивления обмоток:
коллектора — 8,9 Ом
модуляторов — по 1,5 Ом
индуктивности обмоток без магнитов:
коллектора — 3,37 мГн
модуляторов — по 133,4 мГн
последовательно соединенных модуляторов — 514 мГн
индуктивности обмоток с установленными магнитами:
коллектора — 3,36 мГн
модуляторов — по 89,3 мГн
последовательно соединенных модуляторов — 357 мГн
Ниже представляю результаты двух измерений работы ТЭГа в разных режимах. При более высоком напряжении питания частота модуляции выше. В обоих случаях модуляторы соединены последовательно.
Вход: 15 В x 0,55 А = 8,25 Вт
Выход: 1,88 В x 123 мА = 0,231 Вт
КПД: 2,8 %
Вход: 19,4 В x 0,81 А = 15,714 Вт
Выход: 3,35 В x 176 мА = 0,59 Вт
КПД: 3,75 %
Выводы:
Первое и самое печальное. После внесения изменений в модулятор, зафиксировано увеличение потребления при работе с новым преобразователем. Во втором случае потребление возросло примерно на 30 мА. Т.е. без нагрузки потребление составляло 0,78 А, с нагрузкой — 0,81 А. Помножаем на питающие 19,4 В и получим 0,582 Вт — ту самую мощность, что сняли с выхода. Однако я повторюсь со всей ответственностью, что раньше такого не наблюдалось. При подключении нагрузки в данном случае явно прослеживается более крутое нарастание тока через модулятор, что является следствием уменьшения индуктивности модулятора. С чем это связано, пока не известно.
И еще ложка дегтя. Боюсь, в данной конфигурации не удастся получить КПД более 5% из-за слабого перекрытия магнитного поля. Другими словами, насыщая сердечник, мы ослабляем поле внутри коллекторной катушки лишь в области прохождения этого самого сердечника. Но магнитные линии идущие из центра магнита через центр катушки ничем не перекрываются. Более того, часть магнитных линий «вытесненных» из сердечника при его насыщении также обходит последний с внутренней стороны кольца. Т.е. таким образом модулируется лишь малая часть магнитного потока ПМ. Необходимо изменить геометрию всей системы. Возможно, следует ожидать некоторого прироста КПД, используя кольцевые магниты от динамиков. Так же не отпускает мысль о работе модуляторов в режиме резонанса. Однако в условиях насыщения сердечника и, соответственно, постоянно меняющейся индуктивности модуляторов это сделать весьма не просто.
Исследования продолжаются…
Если хотите обсудить, заходите на «увлеченный форум», — мой ник Armer
.
Или пишите на [email protected]
, но думаю, лучше в форум.
х х х
Dragons’ Lord:
Во первых, огромное спасибо Armer’у за то, что предоставил отчёт о проведённых экспериментах с великолепными иллюстрациями. Думаю, скоро нас ожидают новые работы Владислава. А пока я выскажу свои мысли на счёт этого проекта и его возможного пути усовершенствования. Предлагаю изменить схему генератора следующим образом:
Вместо плоских внешних магнитов (плит) предлагается использовать кольцевые магниты. Причём, внутренний диаметр магнита должен быть приблизительно равным аналогичному диаметру кольца магнитопровода, а внешний диаметр магнита больше, чем внешний диаметр кольца магнитопровода.
В чём проблема низкого КПД? Проблема в том, что магнитные линии, вытесняемые из магнитопровода по-прежнему пересекают площадь витков вторичной обмотки (отжимаются и концентрируются в центральной области). Указанное соотношение колец создаёт асимметричность и принуждает большую часть магнитных линий, при насыщенном до предела центральном магнитопроводе, огибать его по ВНЕШНЕМУ пространству. Во внутренней области магнитных линий будет меньше, чем в базовом варианте. Вообще-то, эту «болезнь» полностью излечить нельзя, по прежнему используя кольца. Как поднять общий КПД сказано ниже.
Также предлагается использовать дополнительный внешний магнитопровод, который концентрирует силовые
линии в рабочей области устройства, делая его мощнее (здесь важно не переборщить, т.к. используем идею с полным насыщением центрального сердечника). Конструктивно, внешний магнитопровод представляет собой точённые ферромагнитные детали осесимметричной геометрии (что-то наподобие трубы с фланцами). Горизонтальную линию разъёма верхней и нижней «чашек» вы видите на картинке. Либо, это могут быть дискретные независимые магнитопроводы (скобы).
Далее стоит подумать над усовершенствованием процесса с «электрической» точки зрения. Понятно, — первое, что нужно сделать, это раскачать первичную цепь в резонанс. Ведь у нас отсутствует вредное обратное влияние со вторичной цепи. Предлагается использовать резонанс ТОКА по понятным причинам (ведь цель, — насытить сердечник). Второе замечание, быть может, не такое очевидное на первый взгляд. Предлагается в качестве вторичной обмотки использовать не стандартную соленоидную намотку катушки, а сделать несколько плоских бифилярных катушек Тесла и поместить их на внешнем диаметре магнитопровода «слоённым пирожком», соединив последовательно. Чтобы вообще убрать существующее минимальное взаимодействие друг с другом в осевом направлении соседних бифилярных катушек, — нужно соединить их так же ЧЕРЕЗ ОДНУ, вернувшись с последней на вторую (повторное использование смысла бифилярки).
Таким образом, за счёт максимальной разницы потенциала в двух соседних витках запасённая энергия вторичной цепи будет максимально возможная, что на порядок превосходит вариант с обычным соленоидом.
Как видно из схемы, в виду того, что «пирожок» из бифилярок имеет довольно приличную протяжённость в
горизонтальном направлении, — предлагается мотать первичку не поверху вторички, а под ней. Непосредственно на магнитопровод.
Как я уже сказал, используя кольца, невозможно превозмочь определённый предел КПД. И уверяю, что сверхеденичностью там и не пахнет. Вытесненные из центрального магнитопровода магнитные линии будут
огибать его вдоль самой поверхности (по кратчайшему пути), тем самым, по прежнему пересекая площадь,
ограниченную витками вторички. Анализ конструкции принуждает отказаться от текущей схемотехники. Нужен центральный магнитопровод БЕЗ отверстия. Взглянем на следующую схему:
Основной магнитопровод набирается из отдельных пластин или стержней прямоугольного сечения, и
представляет из себя параллелепипед. Первичка кладётся непосредственно на него. Её ось горизонтальна
и по схеме смотрит на нас. Вторичка, по-прежнему «слоённый пирожок» из бифилярок Тесла. Теперь
заметим, что мы ввели дополнительный (вторичный) магнитопровод, представляющий из себя «чашки» с
отверстиями в их донцах. Зазор между краем отверстия и основным центральным магнитопроводом (первичной катушкой) должен быть минимален, для того, чтобы эффективно перехватывать вытесненные магнитные линии и оттягивать их на себя, не давая им проходить сквозь бифиляры. Конечно, следует заметить, что магнитная проницаемость центрального магнитопровода должна быть на порядок выше, чем
вспомогательного. Например: центрального параллелепипеда — 10000, «чашек» — 1000. В нормальном (не насыщенном) состоянии центральный сердечник, за счёт своей большей магнитной проницаемости, будет втягивать магнитные линии в себя.
А теперь самое интересное 😉 . Внимательно приглядимся, — что же мы получили?… А получили мы самый обычный MEG, только в «недоделанном» варианте. Другими словами, я хочу сказать, что классическое
исполнение генератора MEG v.4.0 в пару раз обгоняет нашу лучшую схему, в виду его возможности перераспределяя магнитные линии (качая «качели») снимать полезную энергию на всём цикле своей работы.
Причём, с обоих плеч магнитопровода. В нашем же случае имеем одноплечую конструкцию. Половину возможного КПД просто не используем.
Выражаю надежду, что Владислав в самое ближайшее время проведёт эксперименты над MEG v.4.0, тем
более, что таковая машинка (в исполнении v.3.0) у него уже имеется;). И конечно, нужно обязательно
использовать резонанс тока на первичных управляющих катушках, установленных не непосредственно на плечах магнитопровода, а на ферритовых вставках-пластинах, перпендикулярно таковому (в разрыв магнитопровода). Отчёт, по поступлению ко мне, я сразу же сверстаю и предоставлю нашим читателям.
«Новосибирский генератор TEG»
Подавляющее большинство людей знает, что наша Земля имеет собственное магнитное поле , однако значительно меньше тех, кто знает об ее электрическом поле и, тем более, что потенциал этого поля довольно значителен .
Экспериментальные исследования и соответствующие расчеты показали (1), что Земля в целом обладает отрицательным зарядом, среднее значение которого оценивается в 500.000 Кл. Этот отрицательный заряд компенсируется объемным положительным зарядом, находящимся в слое ионизованных молекул на высоте нескольких десятков километров над Землей. Напряженность этого поля распределяется очень неравномерно по высоте: она максимальна у поверхности Земли и составляет примерно 150 В/м. С высотой она уменьшается приблизительно по закону экспоненты и на высоте 10 км составляет около 3% от значения у поверхности Земли. Таким образом, почти всё электрическое поле сосредоточено в нижнем слое атмосферы, у поверхности Земли (например, на высоте 10м потенциал этого поля составляет величину ~ 1 кВ) и поэтому представляется очень интересным использовать его энергию.
Для этого мы можем взять проводник первого рода (проводники первого рода характеризуются тем, что в них электрический ток, создаваемый упорядоченным движением свободных электронов, не вызывает химических действий и к ним относятся все металлы и графит), встроить в него полезную нагрузку, один конец заземлить, а другой приподнять над уровнем Земли.
На мой взгляд, предлагаемое устройство может быть широко востребовано как основной или резервный (аварийный) источник электроэнергии в промышленных зонах и индивидуальном жилищном секторе, особенно в неэлектрифицированных районах, а также в дачных условиях, в условиях кочевого быта, во временных лагерях, экспедициях, в районах стихийных бедствий и пр.
Поэтому рынок сбыта только в России может составить миллионы штук, так как в нашей стране 10 миллионов человек до сих пор живут в неэлектрифицированных местностях, 6 миллионов сельского населения проживает в условиях частых аварийных и ограничительных отключений, а десятки миллионов жителей имеют дачи или загородные дома. Тем более что в России сейчас наступила эпоха стабильности, когда стабильно растут цены на электроэнергию, отопление, аппетиты госкомпаний и госчиновников и пр.
Также производство этих устройств имеет очень хорошую экспортную перспективу, особенно в страны, в которых стоимость электроэнергии в настоящее время и так существенно выше, чем в России, и которая в дальнейшем будет только повышаться из-за отказа от ядерной энергетики (Германия и др.), или в страны, где энергоемкие производства находятся в невыгодном положении с точки зрения конкуренции (например Китай).
В заключении хочется сказать, что хотя по всей видимости принципиальных препятствий в реализации идеи этого устройства нет, так как оно работает на хорошо изученных и экспериментально подтвержденных физических явлениях (без привлечения гипотетической энергии вакуума, энергии из других измерений и пр.), создание надежно работающего устройства будет являться непростой инженерной задачей.
Для этого необходимо будет на образце отработать режимы удаления избыточного заряда, так как этот процесс является сложным и включает в себя еще недостаточно ясные моменты (влияние электризации, фактическое расположение и распределение плотности электронов избыточного заряда в поверхностном слое и др.). Не исключено что в результате этой опытной отработки вскроется ряд отрицательных или положительных моментов.
Однако успешное разрешение этой задачи позволит достигнуть колоссального коммерческого успеха.
Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!
В этой главе мы продолжим обсуждение эффектов взаимодействия классических частиц и полей с черными дырами. Начнем с рассмотрения вопроса об эффективности процесса извлечения энергии из вращающихся черных дыр. Напомним, что хотя по определению черная дыра - это область, откуда никакие тела и световые лучи не могут выйти наружу, существуют ситуации, когда с помощью определенных физических процессов можно извлекать из черной дыры энергию. Как мы увидйм далее, эта энергия извлекается из поля, связанного с черной дырой и окружающего ее. Это, в частности, возможно, когда черная дыра вращается или является заряженной. Примерами таких процессов служат процесс Пенроуза (см. § 6.2) и электродинамические процессы, рассмотренные в предыдущей главе. В этом параграфе мы установим некоторые общие ограничения на возможную эффективность такого рода процессов.
Рассмотрим эффективность процесса Пенроуза (см. рис. 64). Пусть энергия и угловой момент частицы импульсом движущейся в гравитационном поле керровской черной дыры отвечает падающей частице, распадающейся в эргосфере; частице, вылетающей на бесконечность; частице, поглощаемой черной дырой). Заметим теперь, что на горизонте событий вектор
где угловая скорость черной дыры, является световым и касательным к образующим горизонта. Поскольку времениподобный вектор, а направлен в будущее, то
и, следовательно, для частицы, падающей внутрь черной дыры,
В частности, если вылетающая частица обладает большей энергией, чем падающая то аналогичное соотношение выполняется и для угловых моментов:
При поглощении частицы черной дырой ее параметры и 7 изменяются:
причем условие (8.1.3) означает, что
Физические процессы, приводящие к такому изменению параметров черной дыры, которые связаны соотношением
называют обратимыми. Дифференциальное уравнение (8.1.7), связывающее изменение параметров и 7 при обратимом процессе, можно проинтегрировать [Кристодулу (1970)]. Для этого заметим, что полный дифференциал функции
записывается в виде
Из соотношений (8.1.6) и (8.1.9) видно, что для рассмотренных выше процессов, связанных с падением частиц на черную дыру, имеет место неравенство
причем равенство справедливо тогда и только тогда, когда процесс обратимый. Величина
получила название неприводимой массы черной дыры [Кристодулу (1970)]. Из уравнений и (8.1.11) получаем
Из этого соотношения вытекает, что в результате процесса Пенроуза исходную массу нельзя сделать меньше следовательно, максимально возможный выигрыш энергии в этом процессе равен где
И - исходные масса и угловой момент черной дыры, отвечающая им неприводимая масса.
Простые рассуждения показывают, что при заданной начальной массе максимальное значение
достигается для экстремальной черной дыры с
Нетрудно убедиться, что величина А лишь численным коэффициентом отличается от выражения для площади керровской черной дыры:
Поэтому условие (8.1.10), означающее неубывание площади поверхности черной дыры для рассматриваемых процессов, по сути дела, является частным случаем общей теоремы Хокинга (§ 5.4).
Теорема Хокинга позволяет сделать ряд общих выводов относительно процессов с участием черных дыр. Прежде всего, неравенство (8.1.6) нетрудно распространить на случай заряженных черных дыр и для процессов, в которых участвуют заряженные частицы. Для этого достаточно воспользоваться выражением (8.1.15), где в случае заряженной вращающейся дыры
Условие этом случае дает
где изменение углового момента и заряда черной дыры, а
Ее электрический потенциал.
Если в соотношении (8.1.17), обобщающем (8.1.6), имеет место равенство, то, как и ранее, такие процессы будем называть обратимыми. Общим свойством обратимых процессов является то, что площадь поверхности черных дыр для них не возрастает.
Подчеркнем, что в выражении (8.1.17) 57 - полное изменение углового момента черной дыры. При этом не играет роли - связано ли это изменение с угловым моментом падающей частицы, отвечающим ее орбитальному движению, или с ее внутренним угловым моментом (спином). Применение общего неравенства (8 1.17) в последнем случае позволяет, в частности, показать, что со стороны вращающейся черной дыры на спиновую частицу действует дополнительное гравитационное спин-спиновое взаимодействие [Хокинг, (1972а), Уолд (1972), Бекенштейн (1973b)].
Рассмотрим в качестве иллюстрации простейший случай, когда частица со спином и зарядом обладая энергией падает на черную дыру, двигаясь точно по оси симметрии. Если такая частица упадет в черную дыру, то, используя законы сохранения, имеем
Здесь если спин направлен по направлению вращения черной дыры, и в противоположном случае. Возможность неравенства в последнем из соотношений (8.1.19) связана с тем, что часть энергии может быть излучена. Соотношения (8.1.17) и (8.1.19) показывают, что частица со спином может упасть на черную дыру только в том случае, если ее энергия превышает величину Второе слагаемое имеет смысл обычной электростатической энергии отталкивания. Первое слагаемое при описывает отталкивание, а при притяжение за счет спин-спинового взаимодействия [в теории гравитации подобное взаимодействие имеет место для любых двух вращающихся тел; подробный вывод выражения для этой силы и описание аналогии между гравитационным
спин-спиновым взаимодействием и электромагнитным взаимодействием магнитных диполей см. Уолд (1972)].
Поскольку движение частиц в приближении геометрической оптики непосредственно связывается с распространением волновых пакетов, естественно ожидать, что при определенных условиях падение волны на вращающуюся черную дыру также может приводить к усилению этой волны. Убедимся (с помощью теоремы Хокинга), что этот процесс действительно возможен, и выведем условия, при которых он имеет место.
Поскольку метрика Керра - Ньюмена, описывающая геометрию заряженной черной дыры, является стационарной и аксиально-симметричной, при описании распространения волны на ее фоне удобно использовать разложение по собственным функциям операторов
Рассмотрим поведение моды поля с квантовыми числами от, временная и угловая зависимость которой имеет вид
Поле может описывать скалярные, электромагнитные, гравитационные волны (или другие бозонные поля, кванты которых, в частности, могут обладать массой и зарядом . Вдали от черной дыры решение (8.1.20) описывает совокупность квантов, каждый из которых обладает энергией -компонентой углового момента а также, возможно, электрическим зарядом Поэтому для такой волны отношения потока -компоненты углового момента и электрического заряда через сферу большого радиуса, окружающую черную дыру, к потоку энергии через эту сферу равны соответственно (Это нетрудно доказать строго с помощью явных выражений для тензора энергии-импульса и тока, отвечающих рассматриваемому полю Используя законы сохранения энергии и углового момента, связанные с симметрией рассматриваемой задачи, и закон сохранения электрического заряда, можно показать, что взаимодействие волны с черной дырой приводит к изменению массы углового момента и заряда последней, причем от
Используя неравенство (8.1.17), вытекающее из теоремы Хокинга, получаем
В частности, дня мод, удовлетворяющих условию
процесс рассеяния приводит к уменьшению массы черной дыры. При выполнении этого условия рассеянная волна обладает энергией, большей, чем
падающая, т.е. происходит усиление падающей волны [Зельдович (1971, 1972); Мизнер (1972); Старобинский (1973); Старобинский, Чурилов (1973); Унру (1974)]. Это явление получило назвате суперрадиации.
На возможность эффекта усиления волн вращающимися черными дырами было впервые обращено внимание Зельдовичем (1971, 1972), который исходил из аналогии таких черных дыр с вращающимися поглощающими телами. Для последних описанный Зельдовичем эффект усиления родствен в известной мере по своей природе эффекту Вавилова - Черенкова. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим в обычном плоском пространстве цилиндрическую волну, падающую на цилиндр радиуса вращающийся с угловой скоростью 12 относительно оси, совпадающей с осью Соответствующее решение имеет вид
На поверхности цилиндра это поле отвечает возмущению, бегущему с фазовой скоростью Если скорость движения вещества поверхности диэлектрического или проводящего цилиндра превышает линейную скорость с которой фаза падающей волны перемещается по поверхности цилиндра, вместо поглощения происходит усиление волны. Соответствующее условие имеет вид
Подробное обсуждение относящихся к этому эффекту вопросов можно найти в работе Болотовского, Столярова (1980.
Подчеркнем, что условие усиления (8.1.23) универсально и не зависит от спина поля. Для частиц со спином отвечает квантовому числу полного (орбитального или спинового) углового момента. От спина поля существенно зависит величина коэффициента усиления волны. Если для электромагнитного поля максимальное увеличение энергии волны составляет 4,4%, то для гравитационной волны - уже 138% [Старобинский, Чурилов (1973)]. При определенных условиях такое усиление возможно дня гравитационного излучения от частицы, движущейся вблизи вращающейся черной дыры. Если при этом частице сообщается такая же энергия, какую она излучает на бесконечность, то такая частица будет обращаться, не падая на черную дыру, и может служить своеобразным катализатором для извлечения энергии из черной дыры. Подобные орбиты получили название "плавающих” [Мизнер (1972), Пресс, Тюкольский (1972)].
С явлением суперрадиации сйязан следующий, довольно любопытный эффект [Дамур и др. (1976), Зурос, Эрдли (1979), Детвилер (1980)]. Пусть вне вращающейся черной дыры по круговой орбите вращается волновой пакет массивного скалярного поля и пусть энергия связи на этой орбите такова, что массивные частицы, составляющие этот пакет, не могут излучиться на бесконечность. Возможен, однако, поток этих частиц через горизонт событий. Если частота квантов, падающих внутрь черной дыры, удовлетворяет условию суперрадиации, то их падение сопровождается более интенсивным излучением наружу. Частицы этого излучения, обладая теми же квантовыми числами, что и частицы пакета, не могут вылететь на бесконечность, что приводит к накоплению их вблизи орбиты пакета и в конечном счете к развитию неустойчивости. Детвилер (1980) показал,
что эта неустойчивость имеет место для скалярного поля с массой такой, что при этом характерное время развития неустойчивости
Планковская масса и планковское время соответственно. Для безмассовых полей эта неустойчивость отсутствует [Детвилер, Ипсер (1973), Пресс, Тюкольский (1973), Тюкольский, Пресс (1974)].
Следует отметить, что хотя описанные выше в этом параграфе процессы (процесс Пенроуза и суперрадиация), приводящие к потере черной дырой энергии, имеют крайне важное принципиальное значение для физики черных дыр, в реальных астрофизических условиях трудно ожидать, чтобы они могли приводить к существенным наблюдаемым явлениям [Машхун (1973), Уолд (1974с), Ковец, Пиран (1975а, b)]. Более интересными по своим возможным следствиям могут быть аналоги процесса Пенроуза, в которых вместо развала частицы происходит столкновение в эргосфере двух частиц, приводящее к образованию двух новых частиц, одна из которых вылетает на бесконечность [Пиран и др. (1975)]. Разновидностью описанного эффекта является комптоновское рассеяние свободно падающего фотона на электроне, обладающем большим угловым моментом и движущемся в эргосфере [Пиран, Шахам (1977)].
В то время как вторичная переработка (если она возможна) является предпочтительным путем, и также имеет место естественное разложение, большая часть полимерных материалов в настоящее время по-прежнему закапывается в землю. Необходимо определить путь решения проблемы. Один способ - сжигание с извлечением энергии. Рекуперация энергии через сжигание сегодня, возможно, является наилучшим средством для утилизации тех пластмасс, которые слишком трудно перерабатывать повторно . С термодинамической точки зрения энтропия возрастает, а величина энтальпии материала восстанавливается.
|
Таблица 11,3. Энергетическая ценность некоторых полимерных материалов, соединений, продуктов и топлива
|
В этом смысле это то же самое, что сжигать нефтяное сырье - предназначение для 80-90 % нефти сегодня. Но имеется выигрыш в том, что мы временно использовали ресурс в виде полимера - полимер был эффективно «одолжен» для этой цели.
Сжигание имеет плохую репутацию в среде защитников окружающей среды, поскольку результатом является токсичный дым и пепел. Этот образ возникает в первую очередь из-за того, что большинство используемых сжигательных установок - старой конструкции, в которой не предусмотрена минимизация загрязнения воздуха. Конструируя сжигательные установки на базе хорошо известных химико-технологических принципов, можно добиться практически полного сгорания, так что компоненты полимеров С, Н и О почти полностью превратятся в СО и Н20. (Деструкция неизбежно приведет к тем же самым продуктам, но без извлеченной энергии.) Генерация низкомолекулярных органических веществ с токсическими или канцерогенными свойствами совершенно незначительна. Другие элементы, которые иногда содержатся в полимерах, такие как CI и N, могут приводить к образованию HCl, СЮ2 и N02, являющихся нежелательными компонентами выбрасываемых газов. Их можно удалить из дыма посредством промывания газа, или же их присутствие в полимериом сырье можно свести до минимума с помощью грубой сортировки.
Следует отдавать себе отчет в том, что компоненты чистых полимеров не образуют пепел в условиях надлежащего сгорания. Пепел состоит, в основном, из компаундов, часто оксидов или металлов, которые не являются нормальными компонентами полимеров. Они происходят из других материалов, перемешанных с полимерами, или из остатков катализатора, стабилизаторов или пигментов. Промышленность предпринимает меры, чтобы максимально уменьшить их содержание в полимерах. Грубая сортировка сырья, поступающего в мусоросжигательную печь, извлечение таких фрагментов, как батарейки, может снизить содержание в пепле тяжелых металлов. Также можно добавлять в сжигаемое сырье такие вещества, как известь, которая образует с пеплом стабильные, плохо растворимые соединения.
Если металлосодержащие примеси в мусоре не сжигать, то они затем поступят на свалку или на предприятия, выпускающие компост и продолжат свой путь в экологическом цикле неконтролируемым путем. Если же они концентрируются в пепле печи, то их можно удалять в небольшом объеме и приемлемым для окружающей среды способом.
Некоторые примеси могут быть желательными. Например, одним из путей утилизации отработанных шин является их сжигание в качестве топлива в печах для обжига цемента. Было показано, что это можно делать экологически приемлемым способом, а железо, остающееся от корда шин, оказывается благоприятной добавкой в цементе.
Следует подчеркнуть, что полимеры, в целом, являются чистым, хорошим топливом. Их теплотворная способность высока и они горят также чисто, как большинство сортов нефти, и намного чище, чем уголь. Их сжигание возвращает большую часть энергии, заключенной в нефти, из которой полимеры были изготовлены.
Хотя сжигание можно проводить чисто, часто этого не делается из-за нежелания государства выделять достаточные средства для строительства современных сжигательных установок с надлежащим контролем и газоочисткой, которые могут быть весьма дорогими. Однако в долгосрочной перспективе эти установки могут представлять собой более экономичный и экологичный выход, чем продолжение захоронений, которые, могут стать даже еще более затратными.
Избыточное тепло, получаемое при сжигании отходов, возвращается в виде горячей воды, пара и электроэнергии. Муниципалитеты и промышленные предприятия, утилизирующие отходы посредством сжигания, получают выигрыш за счет сокращения объема мусора, нагревания воды и генерации электроэнергии. В современном мире, с его акцентом на экономические и экологические составляющие управленческой деятельности, извлечение энергии из отходов является более чем конкурентоспособным по сравнению с традиционной переработкой.
В некоторых очень плотно населенных странах, например, в Японии, большая часть МТО (75 %) сжигается. По всей Западной Европе и во многих регионах США значительная часть МТО также не закапывается, а сжигается. В табл. 11.4 показана схема организации удаления отходов МТО, действовавшая в начале 1990-х гг. в Европе .
|
Таблица 11.4. Распределение пластиков из МТО в Европе в 1990 г., %
|
