Приборы для исследования процессов магнитного давления на свободные электроны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формула открытия

Эффект магнитного выдавливания автоэмиссионных электронов заключающийся в способности выхода в вакуум свободных электронов с металлического острия, связанного с проводящей средой с постоянным током в ней под действием сил Лоренца, образующихся под действием магнитного поля, скрещенного к направлению тока в проводящей среде.

Формула изобретения

Прибор для исследования процессов магнитного давления на свободные электроны, отличающийся тем, что содержащий свободные электроны металл, например, медь, выполнен в форме тонкостенного цилиндра, концентрически и бесконтактно помещённый в цилиндрический магнитный зазор с радиально-цилиндрическим полем, создаваемым тороидальным постоянным магнитом, например, неодимовым, при этом проводящий цилиндр разрезан по его длине в направлении, коллинеарном оси системы цилиндров, и через связанный с ним проводящий конус с разрезом, продолжающимся от разреза в проводящем цилиндре, связан с проводящим остриём, входной и выходной электроды у разреза проводящего цилиндра подключены к регулируемому по напряжению и заземлённому источнику постоянного тока.

магнитный электрон давление вакуум

Обозначения элементов на рис.1

1 - наружный цилиндрический магнитопровод, например, стальной,

2 - внутренний цилиндрический магнитопровод, концентрический с наружным 1 и образующий цилиндрический магнитный зазор с однородным радиально-цилиндрическим магнитным полем с индукцией В в магнитном зазоре длиной Н,

3 - тороидальный постоянный магнит, например, неодимовый,

4 - проводящий цилиндр (медный) с толщиной стенки d, радиусом R и рабочей длиной Н, изолированный от магнитных полюсов магнитопроводов 1 и 2 (изоляция проводящего цилиндра от магнитных полюсов для простоты схемы не показана на рис.1),

5 - проводящий конус с разрезом, связанный к выходным краем проводящего цилиндра 4,

6 - проводящее острие, связанное с вершиной проводящего конуса 5.

На рис.2 показаны проводящий цилиндр 4 с разрезом и двумя электродами 7 в сборе с проводящими конусом 5 с разрезом и остриём 6. От электродов 7 выведены контактные проводники, подключаемые к регулируемому источнику постоянного тока.

На рис.3 проводящий цилиндр с разрезом подключён к заземлённому источнику постоянного тока - батарее аккумуляторов 8 через выключатель 9. Источник постоянного тока подключён к заземляющему контуру 10.

Рассмотрим действие заявляемого прибора.

Концентрация свободных электронов различна в разных металлах. Так, у меди она наиболее высокая и равна с = 8, 49_*10 ²⁸ м - ³ = 8, 49_*10 ²² см - ³. Если проводящий цилиндр 4, связанный с магнитным полем в магнитном зазоре между полюсами концентрических магнитопроводов 1 и 2 длиной Н, имеет радиус R и толщину стенки d <<< R, то его этот именно объём V = 2р R H d будет содержать m(V) = 2р с R H d свободных электронов. Рассмотрим работу прибора на конкретном примере.Пусть величины R = 15 см, Н = 20 см и d = 10 - ¹ мм, тогда при магнитной индукции В = 1, 2 Тл получим действующую силу на свободные электроны в теле проводящего цилиндра F при полном токе в нём I = 300 А, равную F = 2р B R I = 339 н = 34, 57 кГ. Сечение проводящего цилиндра равно s = 2р R d = 0, 942 см² и возникающее давление равно р = 36, 7 атм. При этом сечение проводника проводящего цилиндра по току равно 0, 2 см² = 20 мм², и плотность тока в проводящем цилиндре j = 300 / 20 = 15 А / мм², что заметно превышает допустимую величину для меди (10 А/мм²). Поэтому следует применить, например, принудительное охлаждение.

Регулировкой тока I можно плавно регулировать давление р на свободные электроны, то есть регулировать их плотность потока с проводящего острия в свободное пространство, а также найти порог возбуждения автоэлектронной эмиссии.

Обеднение концентрации свободных электронов в проводящем цилиндре из-за их истечения с проводящего острия компенсируется их притоком от заземления. Такой процесс может происходить и поставкой электронов от источника - аккумуляторной батареи 8 (рис.3) без использования заземления. При этом вытекающий из источника ток оказывается больше втекающего на величину тока автоэлектронной эмиссии в соответствие с правилом Кирхгофа, что представляет теоретический интерес в проводимых исследованиях. Интересно здесь то, что ток автоэлектронной эмиссии протекает не в замкнутой цепи (если источник не заземлён), и это приводит к поляризации всей электрической цепи с положительным зарядом.

Весьма интересным может оказаться применение заявляемого устройства для локального накопления в замкнутом объёме свободных электронов под достаточно большом их давлении как электронного газа. Так, если считать, что давление электрон-ного газа в диэлектрическом сосуде шарообразной формы с внутренним объёмом V_К = 1 л должно быть меньше давления р, создаваемого в приборе (в его проводящем цилиндре) на величину порогового давления Д р для образования автоэлектронной эмиссии, и полагая последнее постоянной величиной, то в таком сосуде можно создать давление электронного газа, равное разности р - Д р. Величину Д р можно определить опытным путём соответствующей регулировкой тока I. Пусть, например, Д р = 2 атм, тогда для накопления свободных электронов в шаровом сосуде объёмом 1 л с давлением 10 атм потребуется создать в приборе давление р = 12 атм = 117, 7 н / см². Для выше рассмотренного примера через проводящий цилиндр необходимо будет пропускать ток всего I = 96 А. Если бы потребовалось иметь давление электронного газа в 20 атм, то пришлось бы увеличить ток в проводящем цилиндре до 176 А (плотность тока 8, 8 а/мм²).

Вычислим, какой заряд при этом будет накоплен в таком сосуде при р = 20 атм. Известно, что заряд электрона е = 1, 602_*10 - ¹⁹ кул. Сила f_e отталкивания между собой двух смежных электронов, находящихся друг от друга на расстоянии r, вычисляется по формуле f_e = е² / 4р е_О r². Если расстояние между свободными электронами в колбе равно r (в метрах), то их число на единицу объёма равно r - ³ м - ³. Если шарообразный сосуд для наполнения электронами имеет объём 1 л., то внутренний диаметр такого сосуда равен 124 мм = 0, 124 м. Тогда общее число электронов n в параллелепипеде размерами 10 х 10 х 124 мм³, определяющем давление р на стенку сосуда (н/см²), находится из выражения n = 12, 4_*10 - ⁶ / r - ³, и давление р электронного газа на внутреннюю стенку сосуда равно произведению силы f_e на число n, тогда имеем р = 12, 4 е²_*10 - ⁶ / 4 р е_О r ⁵ = 0, 2862_*10 - ³² / r ⁵ н/м², где е_О = 8, 8542_*10 - ¹² Ф/м - абсолютная диэлектрическая постоянная вакуума, и, следовательно, для заданного давления в 20 атм. = 196, 2 н / см² = 1, 962_* 10⁶ н/м² расстояние r находится из выражения r = (е²/4 р е_О р)^1/5 = (2, 566 _{* *}10 - ³⁸ / 12, 56 _* 8, 8542 _* 10-¹²_* 1, 962 _* 10⁶)^1/5 = (11, 76_*10 - ³⁵)^1/5 = 1, 6371_*10 - ⁷ м = 1, 6371_*10 - ⁵ см. Таким образом, в 1 см³ будет располагаться 2, 279_*10¹⁴ свободных электронов, а в 1 л. их будет 2, 279_*10¹⁷. Тогда полный заряд в сосуде 1 л. при давлении электронного газа 20 атм. составит q = 2, 279_*10¹⁷_*1, 602_*10-¹⁹ = 0, 03651 кул. Такой заряд, условно считая его квазиточечным, создаст напряжённость электрического поля Е на расстоянии от центра диэлектрического шара в 10 метров, равную Е = q / 4 р е_{О* *}r² = 3, 282_*10⁶ В/м. Столь опасная величина напряжённости электрического поля для всего живого потребует экранирования такого сосуда внешним стальным шаром, что существенно снизит электрическое поле снаружи такого составного шара с диэлектрической изоляцией, исключающей её электрический пробой и утечку электричества. Два таких сосуда на расстоянии друг от друга в 1 м создают силу взаимного отталкивания в 11, 98_*10⁶ н = 1, 22 килотонны! Если средний ток автоэлектронной эмиссии составит 1 А, то время накопления свободных электронов в сосуде ёмкостью в 1 л. составит сотые доли секунды. Соотношение сравнительно небольших затрат энергии на накачку двух сосудов электронами с образующейся силой взаимного отталкивания таких сосудов как одной из характеристик энергии заставляет задуматься о возможности построения высокоэффективных электромеханических энергетических устройств в ближайшем будущем.

Заявляемое устройство, кроме проведения с его помощью исследовательских работ по получению автоэлектронной эмиссии действием давления на свободные электроны со стороны магнитного поля, может быть успешно использовано в подземных накопителях свободных электронов как аккумуляторов энергии электрического тока. Такие ёмкие аккумуляторы существенно превосходят конденсаторные как по стоимости, так и по массогабаритным характеристикам, а также литий-ионные аккумуляторы и новые разрабатываемые графеновые. Основной сложностью построения предлагаемых накопителей свободных электронов является обеспечение надёжной изоляции сосудов с электронами для снижения естественной утечки тока.

Размещено на Allbest.ru