Электротехнический закон сохранения энергии - глобальное научное заблуждение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электротехнический закон сохранения энергии - глобальное научное заблуждение

Канарёв Ф.М.

Аннотация

Электротехнический закон сохранения энергии базируется на показаниях счётчиков электроэнергии, учитывающих её потребление из электрических сетей. Показания всех современных счётчиков электроэнергии не учитывают импульсное потребление энергии и за счёт этого значительно искажают величину энергии, потребляемой в виде импульсов напряжения и тока. Возникающие при этом противоречия игнорируются в угоду закону сохранения энергии. Однако, устранение этих противоречий переводит электротехнический закон сохранения энергии в статус глобального научного заблуждения, достоверность которого уже имеет экспериментальные доказательства.

Целью создания мотора-генератора электрических импульсов (рис. 1) было стремление установить истинную величину импульсной электрической мощности, реализуемой обычной электрической сетью с непрерывно генерируемым напряжением. В качестве приводного двигателя использовался немецкий электродвигатель WEG Typ EPG 04L112/534 мощностью 90Ватт (рис. 1, вверху). Он приводил во вращение электрогенератор (рис. 1, внизу) с внешним ротором с двумя постоянными магнитами и внутренним статором. В обмотке внутреннего статора этого генератора наводились импульсы ЭДС индукции и его электрическая цепь не имела прямой электрической связи с внешней электрической сетью, питавшей приводной электродвигатель (рис. 1, вверху). Это позволило проверить экспериментально достоверность математической модели (1), безоговорочно используемой для расчёта импульсной мощности, реализуемой любыми источниками энергии [1], [2], [3], [5].

(1)

Здесь - амплитудное значение импульса напряжения; - амплитудное значение импульса тока; - скважность импульсов.

Рис. 1. Генератор импульсной мощности с электроприводом

Рис. 2. Фото мотора-генератора МГ-1 без электромотора

Известно, что с уменьшением размеров электродвигателя его КПД уменьшается. Немецкий электромотор (рис. 1, вверху) убедительно доказал это. Нам удалось использовать его с перегрузкой, доведя сетевую мощность на его клеммах до 181,70 Ватта. При этом, мощность на привод электрогенератора (рис. 1, внизу) без электрической нагрузки составила 149,70 Ватта. На долю полезной электрической нагрузки на клеммах электрогенератора оставалось 32,00Ватта. В качестве полезной нагрузки использовался электролизёр, который вырабатывал в час 10,83 л смеси водорода и кислорода при 3000 об./мин электродвигателя. Из этого следуют прямые затраты энергии или мощности на литр смеси водорода и кислорода, получаемых из воды при её электролизе 32,00/10,83=2,95 Ватт/литр. Но ваттметр, учитывавший непрерывное напряжение сети, увеличил эту величину до 181,70/10,83=16,78Вт/литр, то есть в 5,7 раза.

Стало ясно, что без уменьшения затрат энергии на холостой ход генератора (рис. 1, внизу) невозможно снизить затраты энергии на получение дешевой газовой смеси из воды с помощью такого источника энергии. Так родилась идея убрать приводной электродвигатель (рис. 1, вверху) и заставить ротор генератора выполнять функции приводного электродвигателя. Вполне естественно, что сделать это можно только с помощью электромагнитов. На рис. 2 показана первая действующая модель мотора-генератора МГ-1 без приводного электродвигателя. Роль электромотора у него выполняет ротор, который вращается за счёт импульсной подачи электроэнергии в его обмотку возбуждения [2], [3], [5].

Осциллограмма холостого хода, снятая с клемм ротора МГ-1, вал которого соединён с помощью муфты с валом внешнего ротора с постоянными магнитами (рис. 4, внизу, МГ-0), представлена на рис. 5. При этом напряжение генерировалось одновременно в обмотке верхнего и нижнего статоров. Обмотка верхнего внешнего статора хорошо видна на рис. 2 и 3, а обмотка нижнего, внутреннего статора представлена на рис. 4 лишь её клеммами. Эксперименты проводились при частоте вращения роторов 1500 об./мин.

Рис. 3. МГ-1. Одна лампочка включена в цепь ЭДС индукции статора, а другая - в цепь ЭДС его самоиндукции

Рис. 4. Ротор-мотор и два электрогенератора

А теперь проанализируем показания приборов и осциллограмм. Осциллограмма напряжения и тока на клеммах ротора МГ-1, выполняющего функцию электромотора и получающего импульсное питание из сети, представлена на рис. 5. Справа осциллограммы приведены показания приборов и результаты обработки осциллограммы.

Вольтметр, установленный на входе в систему питания обмотки возбуждения ротора, показывал Uxx=91,50 B, а амперметр - Ixx=0,72A. Вполне естественно, что величина мощности Pxx, реализуемой ротором на холостом ходу, оказывается такой

(2)

Рис. 5. Осциллограмма холостого хода МГ-1 + МГ-0

Электронный ваттметр, рассчитанный на базовое напряжение 220В, показывал (рис. 5, справа) величину мощности близкую к мощности, следующей из показаний вольтметра и амперметра (2). Показания ваттметра учитывают непрерывное напряжение сети и не учитывают подачу в обмотку возбуждения ротора импульсов напряжения и тока, представленных на осциллограмме (рис. 5). Существующие учебники по электротехнике и электродинамике требуют определять среднюю мощность, подаваемую потребителю в виде импульсов, по формуле (1).

Электронная программа осциллографа, обрабатывая осциллограмму, автоматически выдала следующие максимальные значения напряжения и тока (рис. 5, справа): и . Нетрудно видеть, что импульсы напряжения (рис. 5) близки к прямоугольной форме. Их скважность равна отношению периода следования импульсов к их длительности . В результате скважность импульсов напряжения оказывается равной .

Форма импульсов тока близка к треугольной форме (рис. 5). Так как длительности импульсов напряжения и тока одинаковые, то скважность () треугольных импульсов тока будет в два раза больше скважности прямоугольных импульсов напряжения и возникает проблема использования формулы (1) для расчёта мощности на клеммах ротора МГ-1. Как видно (рис. 5), потребителю подаются импульсы напряжения и импульсы тока. Возникает вопрос: на какую скважность надо делить произведение амплитудных значений напряжения и тока (1)? Ответа на этот вопрос нет ни в одном учебнике и ни в одном научном труде, посвящённом этому вопросу, поэтому попытаемся найти его самостоятельно.

Прежде всего, обращаем внимание на то, что напряжение в сети не импульсное, а непрерывное. Из этого автоматически следуют разные показания приборов, подключённых в электрические цепи с непрерывным и импульсным напряжением. Это убедительно доказывает электронная программа, заложенная в осциллограф для расчёта амплитудных и средних значений напряжения и тока. Амплитудные (максимальные) значения напряжения и тока, выдаваемые осциллографом, представлены справа на рис. 5. Они равны: и . Поскольку на клеммах обмотки возбуждения ротора и напряжение, и ток не непрерывные, а импульсные, то программа осциллографа автоматически выдаёт их средние величины (рис. 5, справа): Uc=15,20 В и Ic=0,55 А, полученные с учётом скважности импульсов [3].

Итак, мы перед проблемой определения реальной мощности на клеммах обмотки возбуждения ротора МГ-1. Учебники и закон сохранения энергии требует определять мощность на клеммах обмотки возбуждения ротора, выполняющего в данном случае функции электромотора, по формуле (1). Осциллограмма на рис. 5 чётко показывает, что в обмотку ротора подаётся не постоянное напряжение, а его импульсы и импульсы тока. Если мы будем определять мощность по формуле (1), деля произведение амплитудных значений напряжений и токов на одну скважность, то это будет означать, что одна из указанных величин останется постоянной, равной амплитудному значению. Как быть? Попытаемся, проигнорировать величину скважности импульсов напряжения и используем только скважность импульсов тока . В результате будем иметь

(3)

Странная величина мощности 40,17Вт смущает нас и мы не знаем, что делать. Возвратимся на путь научной истины и определим реальную мощность на клеммах обмотки ротора МГ-1. Она равна произведению средних значений напряжения и тока , выданных электронной программой осциллографа и представленных на рис. 5, справа. В результате получаем реальную величину мощности на клеммах обмотки возбуждения ротора МГ-1

(4)

Пойдём дальше. На холостом ходу в обмотке нижнего статора постоянные магниты ротора наводили импульсы ЭДС индукции (рис. 6). Нам нужно знать их параметры. Они на рис. 6, справа.

Рис. 6. Осциллограмма импульсов ЭДС индукции в обмотке нижнего статора

Нам нужен ещё один показатель - температура нагрева нижнего статора. Она равна 5,0 градусов (рис. 6, справа).

А теперь подключим одну ячейку электролизёра к обмотке нижнего статора и запишем осциллограммы на клеммах верхнего ротора (рис. 7) и на клеммах нижнего статора (рис. 8).

Согласно информации, представленной на рис. 7, справа, вольтметр, установленный на входе к потребителю, показывал , а амперметр - .Эти показания дают мощность на входе

(5)

Рис. 7. Осциллограмма на клеммах ротора под нагрузкой одной ячейки электролизёра, подключенной к клеммам нижнего статора

Величина близка к показаниям электронного ваттметра (рис. 7, справа). Близкий результат получается и при расчёте по формуле (1), которая игнорирует подачу напряжения импульсами. Исходные данные, представленные на рис. 7, справа, дают такой результат

(6)

Электронная программа осциллографа определила средние значения импульсов напряжения и тока (рис. 7) и представила их такими (рис. 7, справа): и . В результате реальная средняя мощность на клеммах обмотки возбуждения ротора равна

(7)

Это больше, чем на холостом ходу (4). Теперь посчитаем мощность на клеммах ячейки электролизёра, подключённой к клеммам обмотки нижнего статора. Исходные данные для расчёта представлены на рис. 8. Сразу обращаем внимание на главное. Истинная величина амплитуды напряжения, генерируемого в обмотке нижнего статора, представлена на рис. 6. На рис. 8 величина этой амплитуды уменьшена до среднего потенциала на клеммах одной ячейки, равного, примерно, 2 Вольтам. Вполне естественно, что в расчёт надо вовлекать реальную величину амплитуды напряжения, равную (рис. 6) при скважности импульсов равной S=4,28. Учитывая среднюю величину амплитуды тока, выданную электронной программой осциллографа (рис. 8, справа) Ток Imax==0,0094 В/0,00075ОМ=12,50 А и используя формулу (1), найдём

(8)

Рис. 8. Осциллограммы на клеммах нижнего статора

Это меньше половины мощности на клеммах обмотки возбуждения ротора (5) и (6). Почему? Ответа нет. Если же учитывать средние значения напряжения и тока, выданные электронной программой осциллографа, и представленные на рис. 8, справа ( и ), то величина мощности на клеммах обмотки нижнего статора будет равна

(9)

 Теперь учтём потери энергии на нагрев нижнего статора. Измерения показали, что разность температуры обмотки нижнего статора между рабочим и холостым ходом составила 5,0 град. Масса нижнего статора 1600г, изготовлен он из стали, её удельная теплоёмкость равна 0,50Дж/грамм. градус. Опыт длился 780с. За время опыта затраты энергии на нагрев статора составили 0,50х1600х5,0=4000 Дж или 4000/780=5,13Ватта. Складывая эту величину с реальной мощностью (9) на клеммах ячейки электролизёра, получим входную мощность 12,28Вт (7) на клеммах обмотки возбуждения верхнего ротора, выполняющего роль электромотора. В результате мощность на входных клеммах обмотки возбуждения ротора (7) оказывается близкой к мощности на клеммах нижнего статора (7,17+5,13=12,29 Вт).

Читатель понимает, что итогом анализа должна быть разница мощности на входе в систему и на выходе из неё, определенная по формулам (1) и (4), для рабочего режима. Мы просим извинения за то, что пока не можем привести методику расчёта такой разницы, так как это сразу раскроет принцип работы самовращающегося генератора. Поэтому приведём пока лишь её результаты. Они следуют из того, что все не рабочие сопротивления вращению ротора на холостом и рабочем режимах, примерно, одинаковые. Поэтому, при учёте мощности на рабочем режиме, разность между её величиной на входе в систему и на выходе должна быть близка к нулю. Именно такой результат и получается при расчёте по формуле (4). При расчёте по формуле (1) указанная разность превышает 30 Ватт. Так как в анализируемой системе нет дополнительного потребителя этой мощности, то это указывает на ошибочность формулы (1).

Приведённый результат анализа ошибочности формулы (1) убедителен и достаточен, но он имеет один недостаток - не даёт четкой картины отбора из сети импульсов напряжения и импульсов тока. Такую картину можно получить лишь при импульсной разрядке аккумулятора, имеющего строго постоянное напряжение. На рис. 9 представлена осциллограмма импульсной разрядки аккумулятора.

Осциллограмма на рис. 9 убедительно доказывает импульсный отбор и напряжения, и тока при импульсной разрядке аккумулятора. Она явно требует определять средние значения напряжения и тока , путём деления их амплитудных значений , на скважность импульсов. Вполне естественно, что мощность, реализуемая аккумулятором при его импульсной разрядке, полностью соответствует результату её расчёта по формуле

(10)

Рис. 9. Осциллограмма импульсного изменения напряжения и тока при импульсной разрядке аккумулятора

Другого доказательства ошибочности математической модели (1), более 100 лет защищавшей электротехнический закон сохранения энергии, не требуется, но мы продолжим получение таких доказательств при испытаниях МГ-2, первичным источником питания которого будет аккумулятор.

А сейчас проясним суть мизерной мощности на валу ротора МГ-1 (7), которая вызывает естественное недоверие к формуле (10) для расчёта импульсной мощности. Для этого рассмотрим вначале баланс мощности МГ-1 на холостом ходу. Теоретическая структура этого баланса представлена на рис. 10.

В момент начала вращения ротора его пусковой момент преодолевает сопротивления в виде моментов механических и рабочих сопротивлений и в виде инерциального момента . Сумма этих сопротивлений равна (рис. 10). Как только ротор начинает вращаться равномерно, то инерциальный момент становится положительным и не сопротивляется вращению ротора, а способствует его равномерному вращению (рис. 10). Равномерному вращению ротора сопротивляются только рабочая нагрузка и механические, и аэродинамические сопротивления - [4]. Осциллограмма импульсов напряжения и тока в момент начала вращения ротора, представленная на рис. 11, убедительно доказывает это.

Рис. 10. График изменения вращающих моментов, действующих на ротор МГ-1 при запуске его в работу, и при равномерном вращении

счетчик электроэнергия импульсный потребление

Амплитуда первого импульса тока более 13А (рис. 11). Она больше средней амплитуды почти в 3 раза и это естественно, так как в этот момент вращению ротора сопротивляются не только механические моменты , но и инерциальный момент (рис. 10). Анализ осциллограммы на рис. 11, показывает, что величины амплитуд импульсов тока становятся одинаковыми, примерно, после 20 импульса. Это значит, что равномерное вращение ротора начинается после 20-го импульса. На рис. 10 момент, когда инерциальный момент становится положительным , соответствует точке В. Амплитуда первого импульса напряжения - 120В, а амплитуда первого импульса тока (рис. 11) - 13А. Это значит, что мощность пускового импульса равна 120х13=1560Вт. Она реализуется на преодоление инерциального момента и забирается у первичного источника энергии один раз, в момент пуска ротора в работу, и поэтому не учитывается в балансе мощности МГ-1, которая реализуется в течение многих часов его работы.

Рис. 11. Осциллограмма пусковых значений напряжения и тока обмотки возбуждения ротора с маховиком

Поскольку инерциальный момент ротора участвует в процессе его пуска, то надо знать его величину. Для этого надо, прежде всего, определить кинетическую энергию равномерно вращающегося ротора и механическую мощность на его валу при этом вращении [4]. Связь между кинетической энергией равномерно вращающегося тела и его мощностью также следует из работы, совершаемой им при равномерном вращении за одну секунду [4]

(11)

Таким образом, численная величина кинетической энергии, равномерно вращающегося ротора, равна механической мощности на его валу. Физическую суть, выполненных нами математических преобразований (11), можно описать кратко так. Поскольку ротор вращается равномерно, то для определения механической мощности , скрытой в его вращении, надо его кинетическую энергию разделить на время . В каждую секунду вращательное движение ротора совершает работу, выражаемую в Джоулях (Дж). Это значит, что его механическая мощность численно равна величине кинетической энергии , делённой на секунду Дж/с=Вт. Она все время присутствует на валу ротора в процессе его вращения с постоянной скоростью. Это присутствие реализуется величиной инерциального момента .

Из первого закона Ньютона следует, что при равномерном вращении тела на него не действуют никакие силы или моменты сил. Это эквивалентно отрицанию инерциального момента на валу ротора при его равномерном вращении [4]. Чтобы убедиться в ошибочности этого отрицания, определим величину инерциального момента на валу ротора МГ-1. При этом надо учесть, что величина энергии, расходуемой на преодоление инерциального момента в момент пуска ротора, равна кинетической энергии его равномерного вращения. Для определения этой энергии необходимо знать массу ротора, момент его инерции и обороты . Тогда кинетическая (механическая) энергия (мощность) ротора, равномерно вращающегося с n=1500 об/мин, равна [4]

(12)

Инерциальный момент , генерирующий кинетическую энергию (12) равномерно вращающегося ротора, равен [4]

(13)

Мы вычислили величину мощности (12) на валу равномерно вращающегося ротора и инерциальный момент (13), сопровождающий это вращение и не признаваемый динамикой Ньютона [4]. Таким образом, на валу равномерно вращающегося ротора МГ-1, с = 1500об/мин. постоянно присутствует механическая мощность, равная 342,07 Вт (12) и инерциальный момент, генерирующий эту мощность, равный (13), а мы ошибочно учитываем только мощность 12,28 Вт (7) и за счёт этого формируем интуитивное недоверие к формулам (7) и (10).

Заключение

Приведённые экспериментальные данные требуют разработки универсального счётчика электроэнергии, учитывающего и её импульсное потребление. Обучение молодёжи методам поиска причин фундаментальных научных и инженерных противоречий, которые скрывают колоссальные резервы, не используемые человечеством, - самая актуальная проблема образования.

Литература

1. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. 14-е издание. http://kubsau.ru/science/prof.php?kanarev

2. Канарёв Ф.М. Самовращающийся генератор. http://www.sciteclibrary.ru/rus/avtors/k.html - авторский раздел или http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/10445.html

3. Канарёв Ф.М., Зацаринин С.Б. Баланс мощности мотора-генератора. http://www.sciteclibrary.ru/rus/avtors/k.html - авторский раздел

4. Канарёв Ф.М. Механодинамика. Учебное пособие. http://kubsau.ru/science/prof.php?kanarev

5. Kanarev Ph.M. Energy Impulse Secrets. http://www.worldsci.org/people/Philipp_Kanarev USA http://pesn.com/2010/10/13/9501712_Kanarev_announces_self-running_motor-generator/ USA

Размещено на Allbest.ru