Электрогенераторы на постоянных магнитах
Ряд магнитных электрогенераторов (МЭГ) были уже описаны в /2/: генераторы Серла, Рощина-Година, Флойда. Все они не только выдавали избыточную энергию, но и работали автономно. Есть возможность познакомиться с магнитным генератором Бердена, выполненным внешне в виде трансформатора. Описание патента с переводом смысловой части дано ниже /17/.
Недавний прогресс в магнитных материалах, которые особенно описаны в книге R.C. O'Handley (Современные магнитные материалы. Принципы и применения. – Нью-Йорк, изд. J.Wiley и сыновья, с.456-468), обеспечивает получение нанокристаллических магнитных сплавов, которые хорошо подходят для режимов работы с быстрым переключением магнитного потока. Эти сплавы составлены из кристалликов, каждый из которых имеет по крайней мере хотя бы одно измерение в несколько нанометров. Нанокристаллические материалы могут быть созданы на основе спекаемых аморфных сплавов, в которые добавляют такие нерастворимые элементы, как медь для увеличения массы зерен, и – стойкие тугоплавкие материалы такие, как ниобий и карбид тантала чтобы ограничить рост зерен. Основной объем сплавов занимают беспорядочно распределенные кристаллики размером около 2 нанометров. Эти кристаллики вырастают из аморфной фазы с нерастворимыми элементами, нетронутыми в течение процесса кристаллизации. Каждый кристаллик (зерно, порошинка) является однодоменной структурой. Оставшийся объем нанокристаллического сплава состоит из аморфной фазы в форме границ зерна, имеющих толщину около 1 нанометра.
Магнитные материалы, имеющие особенно полезные свойства сформированы из аморфного сплава Со-Nb-В (кобальт-ниобий-бор), имеющего почти нулевую магнитострикцию, относительно сильное намагничивание, механическую прочность и стойкость к коррозии. В процессе отжига материалов может быть изменен размер зерен и повышена коэрцитивная сила. Осаждение нанокристалликов также улучшает характеристики работы аморфных сплавов на переменных режимах.
Другие магнитные материалы, сформированные на основе богатых железом аморфных и нанокристаллических сплавов, показывают более сильное намагничивание, чем сплавы на основе кобальта, например, сплав Fe-B-Si-Nb-Cu (железо-бор-кремнии-ниобий-медь). В то время как проводимость богатых железом аморфных сплавов ограничена относительно высоким уровнем магнитострикции формирование нанокристаллического материала из такого аморфного сплава уменьшает уровень магнитострикции, облегчая намагничивание.
Прогресс был достигнут также в создании постоянных магнитов, особенно – из редкоземельных металлов. Такие материалы, включающие SmCo5, имеют наиболее высокое сопротивление размагничиванию из известных. Другие материалы сделаны, например, с использованием комбинации железа, неодима и бора.
Ярмо трансформатора – генератора выполнено из постояннго магнитного материала в виде ярма для трехфазного трансформатора. На крайние сердечники намотаны силовые катушки (обмотки). Из среднего сердечника постоянный магнитный поток разветвляется влево и вправо по магнитопроводам ярма, включая крайние сердечники, и замыкается снова на средний. Слева и справа от среднего сердечника на магнитопроводы намотаны катушки управления. Переключая их поочередно создают магнитный противоток основному потоку, ударную магнитную волну с частотой 87,5 кГц, которая взаимодействует с электринным газом окружающей среды и обеспечивает их переток в силовые обмотки, то есть подкачку энергии извне. Генератор работает автономно. К серийному выпуску по заявлению Бердена подготовлен генератор мощностью 2,5 кВт.
Реализуя изложенные выше принципы генерации мощного магнитного потока с помощью звуковых и ударных волн в нем, можно построить промышленные магнитные электрогенераторы и двигатели, работающие автономно (без привода и электропитания).
5. Физический механизм создания
звуковых и ударных волн
Традиционная физика никак не объясняет возникновение звуковых волн и их разгон от малой скорости движения источника звука до полной скорости звука, которая несоизмерима с первой, так как превышает ее на 2…3 порядка. Первым этот механизм попытался объяснить Д.Х. Базиев /10/. Ниже дано авторское представление об указанном механизме с учетом анализа /10/.
При взаимодействии ударных осцилляторов источника колебаний с осцилляторами среды происходит деформация их глобул. Из сферических (при равномерном со всех сторон взаимодействии с соседями) они становятся выпукло-вогнутыми телами вращения, похожими, например, на каплю жидкости деформированную гравитацией. Такая глобула (среда) имеет вогнутую поверхность (лунку) со стороны силового воздействия соседней молекулы – осциллятора и – выпуклую поверхность – с другой. За счет большей скорости, полученной из-за искусственного насильственного сокращения критического расстояния, молекула – мишень, например газа, в глобуле развивает давление больше, чем в невозмущенном состоянии. Размер глобул уменьшается при сжатии их ударными молекулами – снарядами, что приводит к уплотнению среды в ударной звуковой волне.
На фронте волны деформированные глобулы молекул среды образуют совокупность (цепочки) как бы вставленных друг в друга тел, выпуклости которых входят в вогнутости впереди стоящих (по ходу волны).
Скорость молекул в глобулах начинает увеличиваться сначала в первом ряду, граничащем со стенкой источника колебаний, молекулы – снаряды которой взаимодействуют с молекулами – мишенями этого, первого, ряда. Затем таким же образом молекулы первого ряда, становясь снарядами, действуют на молекулы – мишени второго ряда и т.д. Возникает ударная звуковая волна, которая движется в сторону, определенную действием источника звука – малых возмущений.
Важно, что молекулы в своих глобулах только передают это возмущение в среде, но сами глобулы остаются как бы неподвижными. Задние активированные молекулы подталкивают (электродинамически) передние неактивированные и далее по цепочке вперед. Отдав свою энергию, задние молекулы остаются в среде в своей глобуле, которая не бежит за волной, а остается в неподвижной части газа.
На фронте волны давление повышенное, за волной – разрежение обусловленное взаимодействием компактного уплотнения деформированных глобул молекул на фронте волны с молекулами неподвижной части среды позади волны, которые не успевают возвратиться мгновенно. Это приводит в ряде случаев к разрыву сплошности среды. В эту зону пониженного давления подтягиваются глобулы с молекулами из неподвижной части окружающей среды, включая дезактивированные, в то время как само возмущение (волна) уходит вперед. Волна уходит в заданном источником звука направлении, а глобулы практически остаются на месте. В то же время молекулы в них движутся с повышенной скоростью и взаимодействуют с соседями с большими силами и ускорениями, практически в вакууме.
Отсутствие сопротивления способствует прохождению волны на большие расстояния. Расширение фронта волны способствует ее затуханию.
Итак, звуковая волна как возмущение (изменение давления, температуры и плотности среды) идет в заданном источником звука направлении за счет ударного действия задних активированных молекул по передним. Причем глобулы, внутри которых движутся и те и другие молекулы, остаются на своих местах, но испытывают деформации.
Значение разрежения за звуковой волной зависит от первоначального значения давления невозмущенной среды. В зоне разрежения звуковой волны разрыв сплошности среды (жидкости) идет с образованием полости – каверны. Кавитация при этом имеет локальный характер, как правило, в пучностях стоячих, например, ультразвуковых волн, и, как видно, ограничена первоначальным давлением. Видимо, поэтому в ультразвуковых установках жидкость при кавитации не нагревается: слабы условия для разрушения молекул на атомы и свободные электроны. А к условиям относятся: разрежение, частота и амплитуда колебаний. В звуковой волне они не позволяют образовываться крупным кавитационным пузырькам, схлопывание которых приводило бы к высоким давлениям, температурам, разрушению молекул. А если нет разрушения, то нет и ФПВР как процесса энерговыделения. Кстати и смешивания, например, топлива и воды без их последующего расслоения в ультразвуковых ваннах тоже не происходит. Ультразвук никогда не даст ожидаемого эффекта нагревания и смешивания.
В то же время смешивание без расслоения происходит в устройствах с большой амплитудой и принудительным понижением давления всего объема среды. Энерговыделение происходит тоже при резком перепаде давления с большего на меньшее. Это вызвано тем, что активированные на фронте волны молекулы, попадая в зону разрежения лопаются под действием разности большого давления внутри них и малого давления вне их. Кроме того, этот перепад давления вызывает звуковую и ударную волны.
Таким требованиям отвечает цилиндр двс. В нем поршень производит снижение давления среды, звуковые волны, дающие возможность наряду с другими воздействиями (электрический разряд, температура, катализ...) разрушить молекулы кислорода и азота на атомы, фрагменты и свободные электроны, необходимые для возникновения процесса ФПВР как энерговыделения.
Именно поэтому, наверно, двигатели внутреннего сгорания первыми вышли на автотермический бестопливный режим работы.
5.1. Алгоритм и пример расчета
параметров звуковой волны
Исходные данные /10/:
R=5×10-3 м – радиус цилиндрического стержня генератора звука;
n=6,5×103 с-1 – частота колебаний стержня;
А=8,64×10-5 м – амплитуда колебаний стержня;
Р0=1,03×105 Па – давление воздуха;
Т0=273 К (00С) – температура воздуха;
с0=331,8 м/с – измеренная в опыте скорость звука;
mв=4,81×10-26 кг – масса среднего осциллятора воздуха;
rв=1,293 кг/м3 – плотность воздуха;
v0=4,71×104 м/с – линейная скорость осциллятора воздуха;
h=6,63×10-34 – постоянная Планка;
ħ=4,11×10-34 – постоянная Герца ħ=h/а;
– коэффициент сферичности глобулы;
kв=1,38×10-23 Дж/К – постоянная Больцмана (для воздуха);
u0=1,03 м/с – скорость блуждания глобулы воздуха;
f0=5,8×1011 с-1 – частота колебаний осцилляторов воздуха.
Последовательность вычислений:
1. Полный путь кромки стержня за один цикл колебания
L=2А=2×8,64×10-5=17,28×10-5 м
2. Скорость (средняя) кромки стержня
v=L×n=17,28×10-5×6,5×103=1,12 м/с
3. Площадь торцевой поверхности стержня
S=pR2=p×(5×10-3)2=7,85×10-5 м2
4. Время набора скорости от нулевой до максимальной (среднее время прохождения пути А/2 со средней скоростью)
5. Объем одной глобулы
Vг=mв/rв=3,72×10-26 м3
6. Диаметр глобулы, занимаемой осциллятором воздуха
dг=(6Vг/p)1/3=4,14×10-9 м
7. Объем деформированного стержнем воздуха на участке разгона А/2
V1=S × А/2=3,39×10-9 м3
8. Число слоев глобул, смещенных стержнем
9. Число смещенных глобул
nг=V1/Vг=9,12×1016
10. Суммарное число глобул после смещения в объеме V1 воздуха над стержнем (в уплотненном слое)
nV1=2nг
11. Объем одной глобулы в уплотненном слое
Vг1=Vг/2=1,86×10-26 м3
12. Диаметр глобулы в уплотнении
dг1=(6Vг1/p)1/3=3,29×10-9 м
13. Амплитуда колебания осциллятора в уплотненной глобуле
А1»dг1=3,29×10-9 м
14. Линейная скорость всех осцилляторов в уплотнении
v1=v0+c0=4,71×104+331,8=4,74×104 м/с
15. Частота колебания осцилляторов в уплотнении
f1= v1/2А1=1,44×1013 с-1
16. Температура газа в уплотнении
Т1=x×f1=4,7×10-10×1,44×1013=6750 К
17. Энергия осциллятора в уплотнении (средняя)
ε1=kв×Т1=h×f1=6,63×10-34×1,44×1013=9,54×10-21 Дж
18. Давление газа в уплотнении (среднее)
19. Плотность воздуха в уплотнении (средняя)
ρ1=2ρв=2,59 кг/м3
20. Скорость звука (звуковой волны)
Здесь: 
σ0 – отношение скоростного напора звуковой волны к давлению невозмущенного газа или – отношение энергии осциллятора в звуковой волне к энергии осциллятора в невозмущенном газе: σ0 – энергетический коэффициент (фоновой системы).
Дата добавления: 2015-05-08; просмотров: 989;