егодня.
Глава 7 Работа электрического потенциального поля
Перейдем к рассмотрению устройств преобразования энергии, в которых, так или иначе, используется электрическое потенциальное поле. Начнем с электростатических моторов. Например, мотор Франклина, рис. 70, отлично вращается, хотя при этом создается ионизация воздуха, и расходуется разность потенциалов Лейденских банок. Впрочем, никто ранее подробно не анализировал эффективность мотора Франклина.
Рис. 70. Мотор Франклина
Идеальный электростатический мотор, теоретически, не уменьшает разность потенциалов первичного источника, и работает без потребления мощности. Моторы Профессора Олега Ефименко, Университет Западной Вирджинии в США (Oleg Jefimenko), работают от атмосферного электричества. Мощность в таких моторах небольшая, но они работают без батарей, и могут найти полезное применение. На рис. 71 показана схема мотора Ефименко, ротор которого изготовлен из электрета. Электреты, в данной конструкции, играют роль, аналогичную постоянным магнитам в электромагнитных приводах, создавая крутящий момент под действием электрических сил. Поскольку электреты, будучи при изготовлении поляризованы, могут затем долго сохранять свой заряд, то такие моторы представляются перспективными решениями для потребителей малой мощности. Рис. 71. Электростатический мотор Ефименко с электретным ротором
В таких машинах нет обмоток и сердечников. Преимущества электростатических электромоторов, а также конструкций с вращением электрического поля, в том, что нет необходимости применять медь и железо в конструкции, поэтому моторы могут быть очень легкими.
Практическое применение мог бы получить электростатический генератора Вальтера Овена (Walter Owens), американского авиационного инженера, изобретателя, автора 27 патентов. В его генераторе есть первичный привод – небольшой электромотор, работающий от аккумулятора. Он вращает ротор, при этом, благодаря трению, на шерсти или синтетической ткани появляется электрический заряд. Принцип электризации трением всем нам знаком, но мало кто задумывался о том, что на создание разделения зарядов трением расходуется меньше энергии, чем получается при разряде конденсатора, в котором эти заряды накапливаются.
В схеме Овена имеется накопитель зарядов, а также преобразователь постоянного высокого напряжения в переменный ток обычного напряжения 220Вольт. Мощность генератора достаточна для обеспечения потребностей жилого дома. Автор демонстрировал свое изобретение в 2007 году инвесторам, создана компания Owens and Company LLC и проект развивается. Другие конструкции электростатических моторов можно найти в Интернет.
Классический пример из области свободной энергии – эффект Герца-Квинке-Сумото, суть которого состоит в самовращении диэлектрического ротора (цилиндра или шара), погруженного в диэлектрическую жидкость или газ, в которой создано постоянное электрическое поле. Эффект обнаружил Герц в 1881 году, схема показана на рис. 72. Здесь Е1 диэлектрическая проницаемость жидкости, е2 диэлектрическая проницаемость ротора, 71 проводимость жидкости и 72 проводимость ротора соответственно. Соотношение этих величин важно для условий самовращения (это «условия Поливанова»).
Рис. 72. Эффект Герца – Квинке – СумотоЭффект был заново открыт немецким ученым Квинке (G. Quincke). Японский ученый Сумото (I. Sumoto) подробно исследовал его в 1955. Современные исследования, в данном направлении, проведены К. М. Поливановым, Москва.
Позволю некоторые предположения по причинам данного явления. Вращение производится силами потенциального поля, при этом не требуется затрат мощности от источника. Существуют различные условия поляризации ротора и молекул окружающей его среды, в силу различной проницаемости и проводимости. Условие Поливанова, необходимое для обеспечения самовращения ротора, это соотношение проницаемости ротора и среды, а также проводимости ротора и среды: Е2/Е1 > 72/71.
Важное замечание: Молекулы среды, в которую погружен ротор, поляризуются как полем электродов, так и полем ротора. Ротор окружен суммарным полем молекул и электродов. Среда связана с ротором в поверхностном слое. Запаздывание переполяризации поверхностного слоя обуславливает эффект самовращения.
Рассмотрим эффект подробнее. Предположим, что после первоначального поворота ротора, часть молекул среды, находящихся в непосредственной близости к поверхности ротора, не сразу меняет знак заряда, и оказывается в состоянии притяжения к электроду, именно они ускоряют ротор. Проходя некоторый угол, по мере приближения к электроду, молекулы среды на поверхности ротора меняют знак, начинаю отталкиваться от электрода, но в процесс притяжения вовлекаются новые частицы среды, благодаря чему ротор постоянно ускоряется. Эти предположения показаны в правой части рисунка рис. 72. В других проектах, с магнитами, в частности для эффекта Серла, рис. 111, мы покажем аналогичный эффект запаздывания, но уже не переполяризации, а перемагничивания.
К возможности получения энергии за счет электростатических взаимодействий относится также и эффект Фарадея – Сумото, который открыл Майкл Фарадей в 1836 году. Схема эффекта показана на рис. 73. Суть эффекта состоит в поднятии уровня диэлектрической жидкости, помещенной между пластинами конденсатора при подаче на них высокой разности потенциалов. Эти силы зависят от квадрата приложенного к пластинам напряжения.
Рис. 73. Эффект Фарадея – СумотоВ 1955 году, данное явление подробно изучал японский физик Сумото. При высоких напряжениях, хотя через диэлектрик нет токов проводимости, и потребляемая мощность минимальна, диэлектрическая жидкость нагревается, фонтанирует и кипит. Эти процессы хорошо известны, и также могут найти свое применение в высокоэффективных нагревателях. Данное явление не имеет отношения к нагреву диэлектрика при пропускании через него переменного тока.
Интересный вариант использования потенциального электрического поля для совершения работы предложил в 1927 году Томас Таунсенд Браун (T.T.Brown), который занимался исследованиями по электрогравитации. Он обнаружил активную (нереактивную) силу, действующую в любой паре отрицательно и положительно заряженных тел (электродов конденсатора), и направленную в сторону положительного электрода конденсатора. Возникновение данной силы было обнаружено в конденсаторах с абсолютно одинаковыми электродами, или в паре разноименно заряженных одинаковых шаров. Браун полагал, что электрическое взаимодействие не является симметричным: отрицательно заряженное тело сильнее притягивается к положительно заряженному телу, чем положительное к отрицательному. Возникает разность сил, то есть, некомпенсированная активная действующая (движущая) сила.
Браун показал, что увеличить силу, действующую на устройство в целом, можно за счет асимметрии формы и поверхности электродов, а также путем создания градиента свойств диэлектрика. Асимметричные конденсаторы Брауна разрабатывались для создания движителей летательных аппаратов нового типа, но в английском патенте № 300,311 от 15 августа 1927 года, «Устройство для производства силы или движения при помощи электродов», Браун описывает идею установки «движущих конденсаторов» на ротор электрогенератора, для создания крутящего момента на валу. Конечно, токи утечки придется восполнять, но, по мнению Брауна, эффективность такого генератора будет более тысячи процентов, рис. 74.
Рис. 74. Рисунок из патента UK № 300,311 автор T.T. BrownДо знакомства с работами Брауна, мной были предложены похожие устройства для создания активной движущей силы. Первые эксперименты были проведены в моей домашней лаборатории в 1991–1992 годах. На рис. 75 показаны варианты конденсатора Фролова. Схема слева вверху – наиболее старая, из публикации в журнале New Energy News, США, май 1994. Рис. 75. Конденсатор Фролова. Асимметрия взаимодействия заряженных тел
Вариант с цилиндрическим разделительным диэлектриком, известен как «шапка Фролова», в английской литературе «Frolov’s Hat».
Предположим, что элементы конструкции (пластины) заряжены разноименно. Возникают силы электростатического притяжения. Сумма сил F12, действующих на вертикальный заряженный элемент, при векторном суммировании, равна нулю. Сумма сил F21, действующих на пластину – основание, не равна нулю. Таким образом, создаются условия для создания активной (нереактивной) движущей силы. При конструировании таких устройств, необходимо учесть, что эти силы всегда перпендикулярны заряженной поверхности.
Ошибочно полагать, что элементы конструкции – это металлические электроды, как у Брауна. Пластины и другие элементы в предлагаемой конструкции не являются металлическими, это заряженные диэлектрики или электреты. Металлические элементы, в такой конструкции, тоже дают некоторые силовые эффекты, но с них быстро стекают заряды. Электреты в данной конструкции позволят получать силу без затрат тока и мощности от первичного источника, пока они сохраняют свой заряд. В примитивных экспериментах, эта сила небольшая. Теоретически, она не ограничена ничем, а также не требует наличия токов и потребления мощности от первичного источника питания.
На рис. 76 показан вариант расположения множества элементов, для миниатюризации конструкции. При уменьшении размеров, те же самые силы взаимодействия можно получать при более низкой разности потенциалов. Это улучшает эффективность, так как снижаются потери на токи утечки. Отметим, что устройства, показанные на рис. 75 и рис. 76, создают движущие силы как при разноименно заряженных элементах, так и при одноименно заряженных элементах. Разумеется, направление суммарной действующей силы, для двух различных случаев, будет разное (вверх или вниз).
Рис. 76. Несколько элементов в конденсаторе ФроловаВ Природе, встречается сочетание статического электричества и удивительных аэродинамических качеств, например, у бабочек, пчел, шмелей и т. п. Кстати, материал, из которого сделана их конструкция, не имеет металлических элементов, а является диэлектриком, и обладает электретными свойствами. Электрический заряд на поверхности «живого диэлектрика», в данном случае, обусловлен трением движущихся частей, и движением воздуха, создаваемого крыльями.