книги / Изобретенческая реальность принципы достижения технических преимуществ в объектах техники с помощью физических явлений, свойств и эффектов

Приём механической энергии равнозначен для обоих элементов и зависит от схемы явления электромагнитной индукции.

При относительном перемещении элементов явления свободные электроны обретаютсобственные круговые магнитные поля,которые, встречая на своём пути магнитные силовые линии, образованные круговымитоками магнита,стремятся повернуться перпендикулярно им.ПоддействиемвозникшейсилыЛоренцасвободныеэлектроныза- хватываются и смещаются в одно из направлений вдольдвижущегося проводника. В одной из областей проводника электроны накаплива- ются, а в противоположной области — образуется их недостаток.

Условие: перпендикулярностьплоскости контура проводника к на- правлению магнитной индукции (напряжённости магнитного поля)

Правило Ленца (закон сохранения энергии): индуцированный электрический ток направлен всегда против причины его возбужде- ния (изменения потока магнитного поля). Притягивание и отталки- вание (противодействие) двух элементов этого физического явления сходно с взаимодействием пары связанных атомов вещества: при сжатии они отталкиваются, при растяжении — притягиваются.

Ктратамдешёвого относится механическая энергия перемещения, например от ручного ворота.

Источниками дешёвой энергии длятратможетбыть падение воды, движение воздуха,давление пара.

Кобретению искомого ценного относится направленноедвижение свободных электронов, электрическая энергия.

Схематично, катушка с проводником может находиться на столе, магнит может опускаться (подниматься) в полость катушки, напри- мер,с помощью ручного ворота,или наоборот,катушка насаживаться на магнит. Стол и ворот образуют с Землёй единое целое. Они объ- единяют (замыкают) в функционирующий узел элементы явления, имеющие противоположные качества одного рода (проводник со сво- бодными электронами и магнит с вращающимися упорядоченными электронами). Стол и ворот образуют внешние части прототипа кон- струкции устройств воспроизводящих принципдействияданного фи- зического явления.

Магнит и проводник образуют функциональный узел, который производит, генерирует или преобразует дешёвую энергию в ценный вид энергии — электричество.

Кпричине технической ограниченности может быть отнесено от- сутствие необходимого движения зарядов, как следствие отсутствие взаимного перемещения элементов явления, параллельность качеств элементов, элементы не обладают противоположными качествами одного рода и не имеют замыкающей части, или имеют сочетания из всего перечисленного.

380

Электрогенератор (производство электроэнергии) Электрическая цепь нагрузки <—> индукционный узел («магнит —

проводник») <—-механизм взаимногодвижения= направленноедви- жение зарядов, электрический ток в цепи

Магнитогидродинамический эффект (эффект электромагнит-

ной индукции, МГД — генератор)

Источник магнитного поля (магнит) <—> электролит, ионизиро- ванный газ,жидкие металлы (в канале) <—- механизм создания напо- ра, потока, взаимного движения = направленное движение зарядов, электрический ток

Пироэлектрик

Турмалин (пьезоэлектрик выше т. Кюри) <—- «x — воздействие» = электрическая само — поляризация

Пироэлектрик обладает самопроизвольной электрической поля- ризацией, образующейся безо всяких механических и других явных воздействий.

Сегнетоэлектрик

Сегнетова соль (пьезоэлектрик ниже т. Кюри) <—- «x — воздей- ствие» = электрическая само — поляризация

Сегнетоэлектрик обладает в определённом интервале температур (ниже т. Кюри) самопроизвольной поляризацией.

Электрическая поляризация диэлектриков

Электрический диполь 1 (имеющий связанные центры противопо- ложных зарядов) <—> электрический диполь 2 (пара диполей диэлек- трика) <—- источник электростатического поля = смещение связан- ных зарядов, поворот электрических диполей, ориентация зарядов диполей вдоль направления напряжённости электрического поля, об- разование электрических полярностей

Диэлектрический двигатель (производство механической энер- гии)

Твёрдый цилиндрический диэлектрик с одним видом поля- ризации <—> электрореологическая диэлектрическая жидкость с противоположным видом поляризации (в ёмкости) <—- источник электрического поля (низкого напряжения) = поляризация диэлек- триков, момент сил вращения диэлектрика, механическая энергия вращения

Твёрдый и жидкий диэлектрики образуютдиэлектрический узел — внешнюю пару противоположных элементов.

Смещениеэлектрическихзарядовуатомов,молекулилиионовпод действиемприложенногоэлектрическогонапряженияхарактернодля

381

твёрдых диэлектриков. Смещённые электроны и положительный за- ряд ядра образуют упругий диполь или пару связанных друг с другом электрических зарядов.

Ориентационное смещение с поворотом диполей в направлении электрического поля характерно для вязких и жидких диэлектриков. Заряды полюсов диполя в молекуле жидкого диэлектрика устанавли- ваются в направлении электрического поля при повороте молекулы. Диполь твёрдого диэлектрика и диполь жидкого диэлектрика образу- ют внутреннюю пару противоположных элементов.

Под действием приложенного электрического напряжения по ли- нии соприкосновения твёрдого цилиндрического диэлектрика с по- верхностью жидкого диэлектрика возникают притягивающие и от- талкивающие силы взаимодействия диполей, которые приводят к появлению момента сил поворота всего цилиндра,что воплощается

вего непрерывное вращение.

Ктратам дешёвого относится низкое напряжение электрического поля.

Кобретению ценного относится механическая энергия вращения цилиндрического диэлектрика.

Твёрдый цилиндрический диэлектрик, обладающий одним видом поляризации — это активный элемент явления, отдающий механиче- скую энергию.

Электрореологическая диэлектрическая жидкость, обладающая другим видом поляризации —это пассивный элемент,принимающий энергию электрического поля.

Система «генератор — двигатель» из двух электростатических индукционный машин

Машина Вимшурста 1 (двигатель) <—> машина Вимшурста 2 (ге- нератор) <—- источник механической энергии = вращение дисков машины Вимшурста 1, вращение приводного вала, механическая энергия

Вращая вал генератора Вимшурста 2 с определённой угловой ско- ростью, машина Вимшурста 1 приводится в движение как двигатель, вал которого вращается с той же угловой скоростью (электростатиче- ское устройство слежения).

Структурно схема явления содержит парный узел, подвод энергии и отдачу энергии.

Электрострикция

Опорное тело <—> электрострикционное тело (пьезокерамика) <—- источник электрического поля = деформация (расширение или сжатие) тела, смещение электрических зарядов диполей

382

Пьезоэлектрическая деформация (обратный пьезоэлектриче-

ский эффект)

Опорноетело <—> пьезокристалл (кристаллический кварц) <—- ис- точник электрического поля = смещение электрических зарядов ди- полей, расширение или сжатие,деформация диэлектрика

Электрогидравлический эффект Л. А. Юткина (дробление, ЭГ —

перфоратор)

Жидкость <—> искровой разрядник (в жидкости) <—- источник электростатического поля высокого напряжения = импульс давления, гидроудар, механическая энергия дробления

Поршень с наконечником <—> жидкость <—> искровой разрядник <—- источник электростатического поля высокого напряжения = пе- ремещение поршня, ударное действие наконечника

Электрическая ионизация

Газ (воздух) <—> анод — катод (в замкнутом объёме) <—- источник электрического поля = электрическая ионизация, разряд, электриче- ская дуга, катодные лучи

Ионы <—> электроны (газа в замкнутом объёме) <—- источник электрического поля = направленное упорядоченное движение заря- женных частиц к противоположным полюсам электрического поля

Полупроводники: диод (затвор), транзистор (триод), тиристор,

гетероструктуры

Полупроводники n-типа <—> p-типа <—- источник электрического поля = двойной электрический слой, максимум или минимум сопро- тивления

Полупроводники p-типа <—> n-типа <—> p-типа <—- источник электрического тока = прямая проводимость, регулирование тока

Полупроводники n-типа <—> p-типа <—> n-типа <—- источник электрического тока = обратная проводимость, усиление тока

Полупроводники p-типа <—> n-типа <—> p-типа <—> n-типа <—- источник электрического тока = закрытое или открытое состояние проводимости, регулирование мощной нагрузкой

383

1. Таблица узлов и электрических явлений: узлы (группа 0),явления принимающие энергию (группа 1),

явления отдающие энергию (группа 2)

384

Виды узлов группы 0 (сверху вниз):

— трибоэлектрический узел образован парой разнородных диэ- лектриков (шёлк — стекло);

— полый проводник — заряженное тело образован полым сфе-

рическим проводником и телом с электрическим зарядом; — плоские проводники 1–2 образованы близкорасположенными

обкладками электрического конденсатора; — диск 1–2 с полосками проводников образуют множество пар об-

кладок конденсаторов; — металл — его окись образован поверхностью чистого металла

и плёнкой его окиси;

385

— (p –n) переход (кремниевый) образован областями дырок и электронов;

— гальванический элемент образован парой разнородных про- водников (медь — цинк);

— анод — катод (в электролите) образован парой разнесённых электрически разнородных проводников;

— термоэлектрод — спай проводника и полупроводника или p-и n-типа полупроводников;

— термоэлектроды 1–2 образованы парой термоэлектродов; — термоэлементобразован замкнутой электрической цепью и па-

рой термоэлектродов производящих электричество; — дырки — электроны образуют свойства пироэлектрика;

— замедлитель — нейтроны (литий —нейтроны) образованы вы- сокоэнергичными нейтронами и веществом замедлителя;

— пьезокристалл (например, диоксид кремния) образован иона- ми кремния Si+ и кислорода O-;

— колебательный «LCконтур» образован конденсатором (парой близко сдвинутых плоских проводников, имеющих двойной электри- ческий слой) и многовитковым проводником или соленоидом (имею- щий индуктивность из пары магнитных полюсов);

— проводник (с током) — магнит образован магнитом и плоским проводником с током, который помещён между полюсами магнита;

— диэлектрик — магнит образован магнитом и диэлектриком, движущимся между полюсами магнита;

— магнит — проводник (индукционный узел) образован магнит- ным и немагнитным проводниками (магнитом и проводником);

— магнит — поток электролита (ионизированного газа, жидко- го металла) образован магнитом и потоком электропроводящих сред движущихся в поле магнита;

— пироэлектрик и сегнетоэлектрик образованы внутренним пе-

рераспределением масс носителей противоположных зарядов (парой связанных ионизированных узлов решётки);

— твёрдый — жидкий диэлектрики (диэлектрический узел) об-

разован совмещёнными твёрдым и жидким поляризуемыми диэлек- триками;

— система «генератор — двигатель» образована парой электри-

чески соединённых электростатических индукционных машин Вим- шурста (электрофорных машин);

— пьезокристалл (керамика) образована ионами окислителя и восстановителя;

— кристаллический кварц образован ионами кремния и кислорода;

— искровой разрядник — жидкость образован парой электродов с рабочим искровым промежутком помещённых в жидкость;

386

— анод — катод (в газе) образован парой разнесённых электриче- ски разнородных проводников;

— полупроводник образован избытком или недостатком зарядов (дырками или электронами);

— (p – n) переход (двойной электрический слой) образован полу- проводниками p- и n-типов (диод или электрический затвор);

— (p – n – p) или (n – p – n) –переходы образованы парой по-

лупроводников p — и n-типов с образованием двух (p – n) переходов (транзистор);

— (n –p –n –p) –переходыобразованыпаройполупроводниковp- и n-типов с образованием нескольких (p – n) переходов (тиристор);

Виды энергий, направляемые на образование электрических явле- ний группы 1 (сверху вниз):

— электризации требуется энергия плотного механического тре- ния;

— переходу заряда на внешнюю поверхность требуется энер-

гия для зарядки, переноса и касания заряда изнутри полого прово- дника;

— двойному электрическому слою требуется энергия заряда; — электростатической индукции требуется энергия для заряд-

ки одного тела и приближение его к другому телу или механическая энергия;

— фотоэффекту требуется электромагнитная энергия (свет); — фотопроводимости и выбиванию электронов требуется элек-

тромагнитная энергия (свет); — окислительно — восстановительной реакции требуется под-

ключение гальванического элемента к внешней электрической цепи; — электролизу требуется энергия электрического тока;

— химической поляризации (или электролизу) требуется энер- гия электрического тока;

— термо — э. д. с. требуется разность энергий тепловых потенциа- лов (или энергия тепла и холода);

— термополяризации требуется энергия тепла и холода;

— утилизации нейтронов термоядерной реакции требуется энергия замедления высокоэнергичных нейтронов;

— пьезополяризации требуется энергия механического давления (деформации);

— резонансу требуется энергия на совмещение внешней и соб- ственной частот колебаний;

— магнитному смещению зарядов требуется энергия магнитно-

го поля;

387

— магнитной поляризации диэлектрика требуется энергия маг- нитного поля и механическая энергия;

— электромагнитной индукциитребуетсямеханическаяэнергия взаимного перемещения магнита и проводника;

— само — поляризации нетребуется ни какой энергии (пироэлек- трик, сегнетоэлектрик);

— электростатической поляризации энергия электростатиче-

ского поля;

— электростатической синхронизации требуется механическая энергия;

— электрострикции требуется энергия электрического поля;

— пьезоэлектрической деформации требуется энергия электри-

ческого поля;

— электрогидравлическому эффекту (Л. А. Юткина) требуется энергия электростатического поля высокого напряжения;

— электрической ионизации требуется энергия электрического поля;

— запирающему слою требуется энергия электрического тока;

— электропроводимости требуется энергия электрическоготока;

— дискретной электрической проводимости требуется энергия электрического тока.

Виды энергий, получаемые от электрических явлений группы 2 (сверху вниз):

— разность электрических потенциалов на электродах; — электростатический потенциалотносительно Земли (статиче-

ское электричество); — заряд электрических потенциалов на обкладках конденсатора;

— электростатический потенциал (запас статического электри-

чества) в лейденских банках; — электрический потенциал на пластине;

— солнечный электрический ток (фототок); — химический электрический ток (гальванический ток); — энергия выделения металла из раствора электролита; — аккумуляторный электрический ток; — тепловой электрический ток (термоэлектрический ток); — пироэлектричество; — электрический ток нейтронного происхождения; — пьезоэлектрический ток; — автоколебания электрического тока;

— электричество Холла (поперечное электричество); — электромагнитный электрический ток; — магнитогидродинамический электрический ток;

388

— механическая энергия вращения; — механическая энергия вращения; — энергия деформации; — энергия колебаний; — энергия гидроудара (дробления); — энергия ударных колебаний; — ток ионизации;

— выпрямленный электрический ток; — усиленный (ослабленный) ток; — регулируемая электрическая мощность.

Парные элементы (функциональные узлы) образующие группу 0 — это парные соединения противоположных элементов явлений, кото- рые пассивны без подвода подходящей энергии. Группа 1 относится к явлениям,принимающим энергию,это физические явления,возни- кающие только при подводе подходящей энергии к функционально- му узлу. Такие явления предназначены для систем связи между ис- точником энергии и функциональным узлом, как, например, явление электрической ионизации связывает источник высокого напряжения слентой генератора Ванде Граафа.Группа 2 относится к явлениям,от- дающие ценную энергию, которые представляют собой совокупность функциональных узлов физических явлений,снабжённых источника- миподходящейэнергии,исистемотводавыработаннойэнергии.Фак- тически,это полноценные устройства,состоящие из функциональных узлов и явлений, принимающих и отдающих энергию.

Масштаб весомости (масштаб энергетического потенциала) явлений в таблице увеличивается слева направо и сверху вниз. Например, весо- мость электризации ниже,чем весомость электрической ионизации,ве- сомость трибоэлектрического узла практически нулевая (группа 0) и го- раздо ниже весомости устройства генератора Ванде Граафа (группа 2).

В пустых позициях таблицы могут быть размещены соответствую- щие узлы и явления.

Раздел: Явления потоков частиц, фотонов и лучистой энергии (явление дуализма «волна — частица»,

создание потоков частиц, фотонов и лучей)

Ускорение частиц

Катод (инжектор электронов) <—> анод <—- источник электриче- ского поля = ускорение электронов, электронный луч

Частица (из инжектора) <—> «электрод+ —электрод-» <—-источник высокого электростатического поля (от генератора Ван де Граафа) = ускорение частицы, увеличение скорости и энергии частицы

389