Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Сентября 2012 в 13:51, доклад
Великий сербский электротехник-изобретатель Никола Тесла изобрел множество различных электротехнических устройств, в том числе и высокочастотный трансформатор, получивший название «трансформатор Тесла», с помощью которого Тесла на частотах в сотни килогерц получал напряжения до 15 миллионов (!) вольт
Трансформатор Тесла: энергия из эфира
В.А.Ацюковский, г. Жуковский Россия, atsuk@dart.ru
Великий сербский электротехник-изобретатель Никола Тесла изобрел множество различных электротехнических устройств, в том числе и высокочастотный трансформатор, получивший название «трансформатор Тесла», с помощью которого Тесла на частотах в сотни килогерц получал напряжения до 15 миллионов (!) вольт. Теории этого трансформатора не существует до сих пор. Сам трансформатор выглядит необычно: трансформатор не имеет железного сердечника, его первичная обмотка из очень толстого провода находится снаружи, а вторичная внутри, в первичную цепь включается высокочастотный разрядник, который надо настраивать в резонанс с контуром, образованным первичной обмоткой и конденсатором. В этом трансформаторе коэффициент трансформации не соблюдается, т. к. на выходе напряжение получается значительно больше, чем это следует из обычных расчетов.
Сегодня возникли соображения, что к работам типа тех, которые проводил Н.Тесла, надо вернуться. Это связано с появлением новой области теоретической физики – эфиродинамики, которая восстановила представления об эфире – газоподобной среде, заполняющей все мировое пространство. Эфир –среда, ответственная за все взаимодействия – ядерные, гравитационные, электромагнитные, за все физические явления – оптические и все прочие. Эфир в умах людей существовал до тех пор, пока А.Эйнштейном не была создана Специальная теория относительности, отрицающая эфир на том основании, что теория с ним получается слишком сложной. Потом тот же Эйнштейн создал Общую теорию относительности, в которой эфир существует, но это уже во внимание не принималось.
Оказалось, что эфир – это вязкий сжимаемый газ, на который распространяются все обычные газодинамические зависимости. Диэлектрическая проницаемость вакуума, выраженная в размерностях [Ф/м] есть плотность эфира в околоземном пространстве, выраженная в [кг/м3]. Давление в эфире составляет величину порядка 1036-1037 Па (давление атмосферы на Земле составляет 105 Па). А поскольку 1 Па = 1 Дж/м3, то удельное энергосодержание эфира оказалось весьма велико, т.е. 1036-1037 Дж/м3, несколько больше, чем энергия, которую расходует все человечество за год (1020 Дж/год).
Выяснилось, что вся энергия, которая вообще существует на свете, будь то солнечная, термоядерная или любая другая, в своей основе имеет энергию эфира, причем даже термоядерная энергия – это малая доля от той энергии, которую содержит в себе эфир. А, значит, мы живем в океане энергии, принципиально неисчерпаемой и экологически чистой.
На этой основе появилась возможность рассмотреть работу трансформатора Теслы. Поставленные предварительные опыты говорят о принципиальной возможности этого. Трансформатор Теслы является, вероятно, тепловым насосом, черпающим свою энергию из окружающего эфира. Рабочие схемы получаются простыми, трудности состоят в подборе режимов всех составляющих цепи, а для этого нужна теория, нужна лаборатория, оснащенная хотя бы некоторыми приборами.
Как известно, газовые вихри – циклоны и смерчи обладают весьма большей энергией. Проведенные исследования как теоретические, так и экспериментальные показали, что в момент образования на поверхности газового вихря образуется тонкий пограничный слой из того же газа, но этот слой обладает свойствами брони: он не дает телу вихря рассыпаться. А далее вихрь сжимается давлением окружающей среды и уменьшает радиус своего вращения. При этом действует закон постоянства момента количества движения:
L = mvR = const,
и значит, с уменьшением радиуса R скорость v движения возрастает, а энергия w возрастает в квадрате:
R1 R12
v2 = v1 —— ; w2 = w1——.
R2 R22
Если радиус уменьшится в 2 раза, то энергия увеличится в 4 раза. Таким образом, кпд (коэффициент полезного действия) при образовании устойчивого газового вихря окажется равным 4.
Рис. 1. Движение тела по криволинейной траектории: а) вокруг неподвижного центра; б) вокруг цилиндра; в) разрез нижней части смерча.
На этой основе (рис. 1) и можно попытаться понять, как работает трансформатор Тесла.
Как было сказано, у трансформатора Тесла первичная обмотка расположена снаружи, а вторичная внутри. В соответствии с эфиродинамическими представлениями магнитное поле – это набор тороидальных вихрей, образующихся при прохождении тока в проводнике. Если бы речь шла об обычном трансформаторе, то после прекращения тока внешнее магнитное поле будет возвращаться обратно в проводник, создавая в нем эдс самоиндукции еL:
еL = – L дi/дt
Здесь L – индуктивность провода или катушки, дi/дt – скорость обрыва тока в цепи. Чем больше индуктивность и чем быстрее будет оборван ток, тем больше будет эдс самоиндукции.
Но если магнитное поле создано внешней обмоткой, а цепь в ней после создания магнитного поля оборвана, то магнитное пол будет стремиться во вторую обмотку, имеющую меньший радиус. Давление эфира будет загонять туда магнитное поле, сжимая его и добавляя в него свою энергию. Поэтому и эдс самоиндукции, и общая энергия должна быть там в несколько раз больше, чем это было бы в первичной обмотке. В этом и заключается главная суть преобразования энергии в трансформаторе Тесла.
Именно для того чтобы во-время оборвать цепь, и служит разрядник в первичной цепи. Он сначала пропускает импульс тока от конденсатора в первичную обмотку, а затем, когда конденсатор разрядился и напряжение на конденсаторе упало, обрывает цепь, не допуская энергию магнитного поля обратно в первичную обмотку. Для этого нужны достаточно короткие фронты у импульса, чтобы в пространстве вокруг магнитного поля – вихрей эфира, смог бы образоваться пограничный слой эфира. Именно этот процесс надо выловить, отлаживая схему с трансформатором Тесла. В предварительных экспериментах, проведенных автором, необходимо было выяснить:
2) обладает ли подобным свойством магнитное поле, т. е. способно ли магнитное поле сжиматься в вакууме;
Ящик Вуда представляет собой обычный ящик типа того, в который упаковывают посылки, но вместо крышки на него устанавливают упругую мембрану, а в дне просверливают отверстие диаметром 5-6 см. Внутрь закладывают «дымовушку», т.е. что-то такое, что способно создавать дым, например, горящую расческу (рис. 2).
1 2
Рис. 2. Формирование газового тороидального вихря с помощью ящика Вуда: 1 – стадия сжатия тороида; 2 – стадия расширения тороида (диффузия); 3 – стадия развала тороида.
Резкий удар по мембране приводит к выбросу кольцевого вихря из отверстия ящика. Для выяснения особенностей формирования вихря целесообразно пускать вихрь вдоль стенки, на которой начерчены полосы. Вихрь движется вдоль стенки, и видно, что его движение состоит из трех этапов.
1 этап – после вылета вихрь уменьшает свои размеры, этот процесс основной;
2 этап – вихрь увеличивает свои размеры и замедляет скорость;
3 этап – вихрь останавливается и разрушается (диффундирует).
Таким образом, этот эксперимент, который может провести любой школьник, подтверждает, что на начальном этапе газовые вихри сжимаются окружающей атмосферой и, следовательно, накапливают энергию: давление атмосферы преобразуется в кинетическую энергию вихря. Предположение подтвердилось.
Для проверки второго положения исследовался закон полного тока.
Как известно, закон полного тока
i = ∫ Hdl
предполагает, что напряженность магнитного поля Н распределена вокруг линейного проводника, по которому течет ток i по закону гиперболы, убывая от поверхности проводника пропорционально расстоянию от его оси R :
H = i/2πr.
Это значит, что в относительных координатах должна наблюдаться гиперболическая функция относительного значения напряженности магнитного поля от относительного расстояния, и эта функция не должна зависеть от абсолютного значения тока.
Н1 r2 е1 r2
H = i/2πr; —— = —— ; —— = ——.
Н2 r1 е2 r1
Однако эксперименты показали, что на самом деле гиперболическая зависимость относительного значения напряженности магнитного поля от относительного значения расстояния от оси проводника соблюдается только для исчезающе малых токов, т. е. для малых напряженностей магнитного поля. Уже для значений токов в 0,1 А, при любых частотах эта зависимость нарушается, причем заметно. Отклонение от гиперболического закона становится тем больше, чем больше абсолютное значение тока (рис. 3).
Это подтверждает предположение, что магнитное поле способно сжиматься и нести в себе энергию больше, чем это следует из закона полного тока. Это одновременно означает, что в электродинамику необходимо вводить дополнительный параметр – степень сжатия магнитного поля и соответственно уточнять зависимости, в которых, так или иначе, фигурирует напряженность магнитного поля или магнитная индукция.
Рис. 3. Экспериментальные исследования закона полного тока:
а – механическая аналогия – изменение скорости потока сжимаемой жидкости, приводимой в движение вертушкой с лопастями; б –изменение напряженности магнитного поля в зависимости от расстояния от оси проводника; 1 – теоретическая кривая, вычисленная из условия постоянства циркуляции магнитного поля; 2 – экспериментальные результаты при токе I = 1 А; 3 – экспериментальные результаты при токе I = 10 А. Измерения проводились при частотах 50, 400 и 1000 Гц
Таким образом, и предположение о возможности сжатия магнитного поля подтверждено.
Для проверки третьего положения было проведено измерение индуктивностей проводов в зависимости от их сечения.
Выяснилось, что с увеличением сечения провода удельная индуктивность провода уменьшается (см. таблицу).
Сечение провода, мм2 Удельная индуктивность Гн/м
0,35
0,5
0,75
1,0 0,97
Следовательно, одним из путей сокращения индуктивности для получения коротких фронтов является увеличение сечения провода катушки.
Существует и второй способ – увеличение активного сопротивления цепи для уменьшения постоянной времени цепи, но такой способ не выгоден, т. к. потребует увеличения мощности импульса. Кроме того, на высоких частотах должен сыграть свою роль скин-эффект, в соответствии с которым в первичной катушке индуктивности будет использовано не все сечение провода, а только поверхностный слой, который приведет к возрастанию активного сопротивления цепи.
Если в катушке индуктивности L, Гн течет ток i, A, то энергия wL, запасенная в магнитном поле, составит величину
i 2
wL = L ——, Дж
2
Обращает на себя внимание тот факт, что в отличие от конденсатора С, Ф, заряженного напряжением U, В, в котором запасенная энергия wC, Дж составляет величину
U 2
wС = С ——, Дж,
2
и энергия сохраняется и может храниться сколь угодно долго, если нет потерь, то в катушке индуктивности энергия исчезает, как только прекращает течь ток, и запасенная в магнитном поле энергия возвращается в цепь, создавшую магнитное поле. Но если эта энергия возвращается в другую обмотку, в цепь которой через диод включен конденсатор, то накопленная на нем энергия будет пропорциональна количеству импульсов, т.е.
i 2
wL = N L ——, Дж
2
Если форма импульса соответствует меандру, то есть длительность импульса и длительность паузы равны, то общая мощность составит:
FL i 2
PL = ———, Вт,
4
Если радиусы первичной обмотки r1 и вторичной r2 не равны, то
r12FL i 2
PL = —————, Вт.
4 r22
Здесь следует учесть, что отношение радиусов не должно быть большим, поскольку зависимость здесь нелинейная, и ее еще предстоит установить.
Постоянная времени цепи ключ – первичная обмотка трансформатора составляет
ТLR = L / R,
где L – индуктивность первичной обмотки, Гн, R- сопротивление ключа в открытом состоянии.
Если длительность импульса равна постоянной времени цепи ключ-первичная обмотка трансформатора, то за время длительности импульса ток в цепи вырастет до значения 0,632 полного тока, если бы цепь питалась постоянным током. Тогда общая предельная мощность, которую можно получить, составит: