Начало импульсной энергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЧАЛО ИМПУЛЬСНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Канарёв Ф.М.

Анонс

Научно-технические достижения человечества - фантастика, которую теоретики приписывают себе, а экспериментаторы скромно молчат, являясь реальными авторами этих достижений. Новые экспериментальные данные увеличивают указанные разногласия. Наиболее значительные из них - в Динамике и Электродинамике [1].

Из первого закона динамики Ньютона следует, что если тело движется равномерно и прямолинейно, то сумма сил, действующих на него, равна нулю, а если тело вращается равномерно, то сумма моментов, действующих на него, также равна нулю.

Однако, автомобиль, проехав равномерно и прямолинейно, например, 10км., расходует бензин. В результате совершается работа, величину которой можно рассчитать теоретически. Или, если тело вращается равномерно, то на это вращение также расходуется энергия и её тоже можно рассчитать теоретически и определить экспериментально, а первый закон Ньютона отрицает это, утверждая, что сумма моментов, действующих на равномерно вращающееся тело, равна нулю. Это значит, что на равномерное вращение тела энергия не расходуется. Забавно получается, когда начинаешь осознавать, что эти фундаментальные теоретические противоречия спокойно живут столетия и заполняют головы учащейся молодёжи. Теоретики, вместо поиска причин этих противоречий, яростно доказывают их отсутствие [2].

В аналогичном положении находится и электродинамика. Её законы утверждают, что любой потребитель электрической энергии не может выработать её больше, чем получил от первичного источника питания [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9]. Достоверность этого утверждения подтверждается всеми техническими устройствами, изобретёнными человеком до 2010г. Они потребляют электрическую энергию от первичного источника и преобразуют её в другие виды энергии, например, в электромеханическую или тепловую с коэффициентом полезного действия меньше единицы. Примером такого устройства является электромеханический генератор электрических импульсов (рис. 1). Электромотор (рис. 1, вверху) приводит во вращение электрогенератор (рис. 1, внизу) с постоянными магнитами. В экспериментах он реализовывал мощность, равную 180Вт.

электромотор ротор импульс ток

Рис. 1. Электромеханический генератор электрических импульсов

Разность мощности между рабочим и холостым ходом этого электрогенератора, зафиксированная счётчиком электроэнергии на клеммах его электродвигателя, равна 38,90 Вт. Это 21,60% от общей мощности, потребляемой из сети. Очень низкий показатель. Как же улучшить его? Чтобы ответить на этот вопрос, надо установить бесполезных потребителей энергии. Главными из них являются вращающиеся части электромотора и электрогенератора, загруженные напряжением и током первичного источника электроэнергии. Закон Ньютона утверждает, что сумма моментов, действующих на равномерно вращающиеся тела, равна нулю. Это значит, что на равномерное вращение роторов электродвигателя и электрогенератора (рис. 1) не расходуется энергия, а счётчик электроэнергии опровергает это, показывая, что мощность, реализуемая на равномерное вращение указанных роторов на холостом ходу, составляет (100-21,60)=78,40% (рис. 1). Законы механодинамики позволяют рассчитать механическую составляющую этой мощности [2]. Для этого надо знать массу вращающихся частей, их радиусы инерции и частоту вращения.

Связь между кинетической энергией равномерно вращающегося тела и его мощностью следует из работы, совершаемой им при равномерном вращении за одну секунду [3]

. (1)

Так как мощность генерирует момент сил, то его величина определяется по формуле

. (2)

Из формул (1) и (2) следует, что сумма моментов, действующих на вращающиеся тела не может равняться нулю. Этого вполне достаточно для теоретического доказательства ошибочности первого закона Ньютона. Формула (2) однозначно отрицает равенство нулю суммы моментов сил, действующих на равномерно вращающееся тело. Из этого следует ошибочность первого закона динамики Ньютона, который выполнял фактически функцию запрещающую поиск резервов снижения затрат электрической энергии на вращение роторов электрогенераторов, питающих своих потребителей.

Механическое сопротивление вращению ротора формирует его момент инерции, а ток, протекающий по обмотке ротора, может усиливать или ослаблять это сопротивление. Поэтому возникает необходимость установить физические факторы, усиливающие сопротивление вращению ротора и ослабить их действие или полностью ликвидировать.

На рис. 2. представлена осциллограмма напряжения и тока, снятая с клемм электромеханического генератора электрических импульсов (рис. 1) и электролизёра. Поскольку между их клеммами лишь провода, то осциллограмма напряжения и тока у них едина.

Рис. 2. Осциллограмма импульсов напряжения (1) и тока (2) на клеммах электромеханического генератора электрических импульсов и электролизёра

Обработка этой осциллограммы показала, что скважность импульсов напряжения равна, примерно, , а тока - . Средние величины напряжения и тока определяются делением их амплитудных значений , на скважность импульсов. Осциллограмма даёт нам такие значения: , . С учётом этого средняя мощность на клеммах электрогенератора равна

, (3)

а он забирает из сети 180Вт, то есть в (180/15,83)=11,37 раз больше. За час работы, при которой электромотор приводил в действие электрогенератор, питающий электролизёр, было получено 15,40 литра газовой смеси: водорода и кислорода. Это значит, что удельные затраты по показаниям счётчика электроэнергии составили 180/15,40=11,70 Вт/литр, а прямые удельные затраты энергии (без учета всех потерь), следующие из формулы (3) составили 15,83Втч/15,40=1,03 Втч/литр.

Из этого следует, что для уменьшения потерь электроэнергии на процесс электролиза воды надо сложную конструкцию, состоящую из электромотора и электрогенератора (рис. 1) упростить до состояния, при котором роль электромотора выполнял бы ротор, а роль генератора - статор. Такой электромотор-генератор впервые был создан в России в 2010г и дал обилие новой экспериментальной информации, неведомой ранее. На рис. 3 представлен электромотор - генератор МГ-1 без постороннего привода. Роль мотора у него выполняет ротор, а роль генератора - статор [4].

Рис. 3. Фото электромотора - генератора МГ-1 без постороннего привода

Он проектировался для питания от сети, но оказалось, что может питаться и от аккумуляторов, если их общее напряжение соизмеримо с напряжением сети. На рис. 3 представлены: МГ-1, ячейка электролизера и две группы аккумуляторов, каждая из 4-х 12-ти вольтовых мотоциклетных аккумуляторов 6МТС-9. Получая электроэнергию от одной группы аккумуляторов для вращения своего ротора, МГ-1 заряжает другую группу аккумуляторов и одновременно питает электролизёр. В результате образуется автономный источник энергии, который можно использовать для проверки законов динамики и электродинамики. Начнём с законов динамики. В чём суть ошибочности первого закона динамики?

Ньютон поставил на первое место в своей динамике закон равномерного движения твёрдого тела, которое всегда появляется после ускоренного движения любого тела и поэтому является его следствием. В реальности причина всегда первична, а следствие этой причины - вторично, поэтому на первое место надо было поставить закон ускоренного движения, а на второе - равномерного. Эта ошибка Ньютона уже исправлена в механодинамике, полная разработка которой ещё не завершена [1]. Но законы механодинамики уже систематизированы и их можно использовать для последовательного описания ускоренного, равномерного и замедленного движений или вращений твёрдых тел, которые они совершают в реальности. Ротор МГ-1 вращается равномерно. Первый закон динамики Ньютона утверждает, что в этом случае сумма моментов, действующих на него, равна нулю. Результаты проведённых экспериментов показывают ошибочность такого утверждения. Вот её суть.

Масса ротора электромотора-генератора МГ-1 равна , радиус инерции ротора равен . В данном эксперименте ротор вращался с частотой . Связь между кинетической энергией равномерно вращающегося ротора МГ-1 и его мощностью следует из работы, совершаемой им при равномерном вращении за одну секунду (1) [3]

. (4)

Из результата, представленного в формуле (4) следует мощность, реализуемая непрерывно первичным источником питания на привод ротора МГ-1. Однако, все электрогенераторы генерируют электроэнергию путём периодического взаимодействия магнитных полюсов роторов и статоров. Встаёт вопрос: нельзя ли использовать момент инерции ротора для перевода непрерывного процесса подачи электроэнергии в его обмотку возбуждения в импульсный процесс? Оказывается можно. В результате появляется возможность ещё больше уменьшить мизерную мощность 5,06Вт (4), подаваемую в обмотку возбуждения ротора в количество раз, равное скважности механических импульсов взаимодействия магнитных полюсов ротора и статора.

В соответствии с законами механодинамики, равномерное вращение ротора МГ-1 всегда следует после ускоренного вращения [2]. Осциллограмма изменения пускового момента ротора убедительно доказывает это (рис. 4). Она записывалась с сопротивлением 0,1Ом. Это значит, что в одном делении осциллограммы 0,5/0,1=5А.

Амплитуда первого импульса тока более 10А. Она больше средней амплитуды почти в 2 раза и это естественно, так как в этот момент вращению ротора сопротивляются не только механические моменты , но и инерциальный момент (рис. 4). Особо подчеркнём - инерциальный момент, а не момент инерции ротора МГ-1.

Анализ осциллограммы на рис. 4, показывает, что величины амплитуд импульсов тока становятся одинаковыми, примерно, после 5-го импульса. Это значит, что равномерное вращение ротора начинается после 5-го импульса. (На рис. 5 момент, когда инерциальный момент становится положительным , соответствует точке В.) Амплитуда первого импульса напряжения - 100В, а амплитуда первого импульса тока - 10А (рис. 4). Это значит, что мощность мгновенного пускового импульса (особо подчеркнём, мгновенного пускового импульса, а не среднего пускового импульса) равна 100х10=1000Вт. 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. 4. Осциллограмма пусковых значений напряжения и тока обмотки возбуждения ротора при питании от сети

Поскольку инерциальный момент ротора участвует в процессе его пуска, то надо знать его величину или величину мощности, которую этот момент генерирует. Для этого надо, прежде всего, определить кинетическую энергию равномерно вращающегося ротора и механическую мощность на его валу при этом вращении [3]. Рассмотрим баланс мощности МГ-1 на холостом ходу. Теоретическая структура этого баланса представлена на рис. 5.

Рис. 5. График изменения вращающих моментов, действующих на ротор МГ-1 при запуске его в работу, и при равномерном вращении

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. 5). Как только ротор начинает вращаться равномерно, то инерциальный момент становится положительным и не сопротивляется вращению ротора, а способствует его равномерному вращению (рис. 5). Равномерному вращению ротора сопротивляются: рабочая нагрузка, механические и аэродинамические сопротивления - [4].

Если бы электрическая энергия подавалась в обмотку возбуждения ротора МГ-1 непрерывно, то на его равномерное вращение требовалось бы 5,06Вт (4). При импульсной подаче электроэнергии в обмотку возбуждения ротора со скважностью импульсов требуется меньшая электрическая мощность 5,06/2,00=2,53 Вт. Величина момента , постоянно действующего на вал ротора и реализующего мощность на его валу, равную 2,53Вт, рассчитывается по формуле

. (5)

Таким образом, ошибочность первого закона Ньютона очевидна. Сумма моментов, действующих на равномерно вращающийся ротор, равна , а не нулю, как утверждает первый закон бывшей динамики Ньютона.

А теперь начнём совместную проверку достоверности закона электродинамики, который запрещает электромеханическому источнику энергии вырабатывать её больше той, какую он получает от первичного источника, в данном случае, от аккумуляторов, а первый закон динамики Ньютона запрещает участие в этом процессе вращающихся частей такого генератора.

Суть экспериментальной проверки достоверности указанных законов проста. Берём две группы из 4-х 12-ти вольтовых мотоциклетных аккумуляторов. Подаём из первой группы напряжение в обмотку возбуждения ротора МГ-1 импульсами. В ней формируются два импульса: ЭДС индукции и ЭДС самоиндукции. Снимаем эти импульсы и направляем на зарядку второй группы таких же аккумуляторов. При периодическом изменении процессов разрядки на процессы зарядки этих аккумуляторов, образуется автономный источник электроэнергии, в обмотке статора которого также формируются два электрических импульса: импульс ЭДС индукции и импульс ЭДС самоиндукции. Эти импульсы можно использовать на питание технологических процессов, например, процесса электролиза воды (рис. 3).

Пробные эксперименты показали, что такой автономный источник энергии производит её больше, чем потребляет от первичного источника питания. Возникло искушение проверить его в длительном режиме: разрядка аккумуляторов + зарядка аккумуляторов + получение смеси газов водорода и кислорода при электролизе воды.

Приборы показали, что ток зарядки аккумуляторов равен 0,19А, а ток разрядки - 0,65А. Стало ясно, что долго такой автономный источник энергии не проработает.

Подключив дополнительное сопротивление, увеличили ток зарядки до 0,26А. Анализ показал, что для достижения равенства между током зарядки и разрядки необходимо изменить обмотку возбуждения ротора, которая генерирует два импульса: импульс ЭДС индукции и импульс ЭДС самоиндукции. Оба они участвуют во вращении ротора и зарядке аккумуляторов. На холостом ходу ротора амплитуды и длительности этих импульсов отличаются в десятки раз. В режиме зарядки аккумуляторов длительности и амплитуды обоих импульсов почти выравниваются.

Стало ясно, что в таких условиях невозможно рассчитать параметры обмотки ротора, обеспечивающие равенство токов разрядки и зарядки аккумуляторов. Решить эту задачу можно только экспериментально. Встал вопрос: что делать? Менять обмотку ротора или провести эксперимент пока при тех параметрах, какие есть. Его результаты, несомненно, будут интересны не только авторам эксперимента, но и читателям наших интернетовских публикаций. Они представлены в табл. 1.

Большее падение напряжения на аккумуляторах первой группы обусловлено низким напряжением на клеммах новых аккумуляторов №1 и №4, которое может быть следствием замыкания между пластинами. Вполне естественно, что бракованные аккумуляторы №1 и №4 исключали возможность продолжения эксперимента, и он был остановлен.

Из таблицы 1 следует, что напряжение на клеммах 2-й группы аккумуляторов уменьшилось от недозарядки и опустилось за 25 часов до 45,40В. Поскольку нижний уровень равен 44,00В, то есть основания полагать, что при нормальных аккумуляторах в обоих группах МГ-1 сможет проработать непрерывно до 30-35 часов при существующей разнице между током разрядки и зарядки.

Таблица 1. Результаты 25-ти часовых испытаний МГ-1 в режиме «вечного» электрогенератора

Причина разбалансировки процессов разрядки и зарядки аккумуляторов первой и второй групп следует из таблицы 2.

Таблица 2. Напряжение на клеммах аккумуляторов в режиме разрядки

Итак, первый эксперимент работы МГ-1 в условном режиме «вечного» электрогенератора показывает возможность создания автономного источника энергии со сроком службы, равным сроку службы аккумулятора.

МГ-1 работает в автономном режиме и не потребляет энергию из сети, поэтому затраты энергии на электролиз воды этим генератором можно определить лишь из осциллограммы. Для этого проанализируем баланс электрической мощности МГ-1, используя математические модели старого (6) и нового (7) законов формирования импульсной электрической мощности [9].

, (6)

. (7)

Осциллограммы импульсов напряжения и тока показывают, что в соответствии со старым законом (6) формирования импульсной электрической мощности аккумуляторы реализуют на привод ротора 32,76Вт. В соответствии с новым законом (7) они реализовывали 7,50Вт при том же токе разрядки. Но это только электрическая мощность, к ней надо прибавить механическую мощность, постоянно присутствующую на валу равномерно вращающегося ротора. Тогда общая мощность на валу ротора будет равна 7,50+5,06=12,56Вт. Эта мощность расходуется на формирование импульсов механических моментов, вращающих ротор, а также на зарядку аккумуляторов и на электролиз воды. Так как функции напряжения и тока зарядки аккумуляторов непрерывны (рис. 6), то старый и новый законы формирования мощности, реализуемой на зарядку аккумуляторов, дают один и тот же результат .

Поскольку в формировании баланса мощности на валу ротора МГ-1 участвуют импульсы ЭДС самоиндукции статора и ротора, то пока не существует точных методов расчёта такого баланса. Поэтому остаётся одно - привести примерный его результат. Согласно старому закону (6) аккумуляторы реализуют на привод ротора электромотора - генератора 32,76Вт, а нового (7) - 7,50+5,06=12,56Вт. На зарядку аккумуляторов расходуется 9,84Вт, а на электролиз воды 2,34Вт и 0,76Вт соответственно.

На клеммах аккумуляторов: ; ; ; .

Расчётные данные: ;

Рис. 6. Осциллограмма на клеммах заряжаемых аккумуляторов

Таким образом, согласно старому закону (6) формирования импульсной электрической мощности, мощность на входе в МГ-1 равна 32,76Вт, а на выходе - (2,53+9,84+2,34)=14,71Вт, то есть мощность на входе в 32,76/14,71=2,23 раза больше мощности на выходе. Однако, более правильным будет учёт мощности на входе МГ-1, идущей от аккумуляторов и мощности на их зарядку. В этом случае мощность на входе в 32,76/9,24=3,33 раза больше мощности на выходе, то есть аккумуляторы отдают на питание МГ-1 мощность в 3,33 раза большую, чем получают от него на свою зарядку. Это полностью исключает длительную (25 часов) работу МГ-1 в автономном режиме. Новый закон (7) даёт другой результат: на входе 7,50Вт, а на выходе (2,53+9,24+0,76)=12,53Вт. Из этих результатов следует, что согласно новому закону (7) мощность на выходе МГ-1 в 12,53/7,50=1,67 раза больше мощности на входе, реализуемой аккумуляторами на привод МГ-1. Это обусловлено участием импульсов ЭДС самоиндукции ротора и статора, на которые почти не расходуется энергия аккумуляторов.

Подключение к аккумуляторам лампочек с общей мощностью 31Вт. Показало, что они разряжают аккумуляторы в линейном диапазоне (48,00-47,00В) в 2,66 раза быстрее. Разделив 32,76Вт на общую мощность на валу ротора 12,56Вт, имеем 2,61. Этот результат близок к 2,66, поэтому есть основания для признания ошибочности старого закона формирования средней импульсной мощности. Этот вывод полностью подтверждают результаты эксперимента, представленные в табл. 1 и результаты многочисленных других экспериментов [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11].

Производительность электролизёра, получавшего энергию от МГ-1 в виде импульсов ЭДС самоиндукции со средними значениями напряжения и тока при скважности импульсов составила 0,40 л/час или 1,52 Вт/л. Однако, когда параметры МГ-1 будут оптимизированы, то подобный расчёт и его результаты потеряют смысл, так как процесс электролиза будет идти непрерывно столько времени, сколько будет служить аккумулятор, не потребляя при этом никакой посторенней энергии.

Сразу возникает вопрос: есть ли резервы для увеличения тока зарядки аккумуляторов и - производительности электролизёра? Есть. И не мало. Назовём основной - импульс ЭДС индукции статора - главный рабочий импульс. Он не использовался в данном эксперименте.

Заключение

Результаты длительного эксперимента доказывают ошибочность первого закона динамики Ньютона и ошибочность старого закона электродинамики, описывающего формирование средней величины импульсной электрической мощности. Новые законы механодинамики уже систематизированы [2]. Разработаны основы и новой электродинамики [3], которые уже вступили в стадию реализации при разработке электромоторов-генераторов МГ-1 и МГ-2. Достоверность нового закона формирования средней импульсной электрической мощности уже доказана серией различных экспериментов.

Литература

1. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. 15-е издание. 2010.

2. Канарёв Ф.М. Механодинамика. Учебное пособие.

3. Канарёв Ф.М. Новая электродинамика. 14-я глава в монографии «Начала физхимии микромира». 15-е издание.

Размещено на Allbest.ru