Ф. М. Канарёв начала физхимии микромира
Скачать 3.94 Mb.
|
17.3. Энергетика химических связей молекул водыРассмотрим энергосодержание химических связей атомов и ионов, формирующихся при образовании молекулы воды. Допустим, нам удалось начать формировать молекулы воды, имея в наличии свободные протоны, электроны и атомы кислорода. Рассчитаем количество энергии, выделяющейся при синтезе одного литра воды. В химии существуют понятия грамм-атом и грамм-молекула. Грамм-атом численно равен атомной массе вещества. Например, в молекуле воды  грамм-молекула водорода  равна 2 граммам, а грамм-атом кислорода  равен 16 граммам. Грамм-молекула воды равна 18 граммам. Следовательно, в одном литре воды содержится 1000/18=55,56 грамм-молекул воды.Поскольку масса водорода в молекуле воды составляет  , а масса атома кислорода  , то это же соотношение между количеством водорода и кислорода сохраняется и в одном литре воды. Из этого следует, что в 1000 граммах одного литра воды содержится 111 грамм молекул водорода и 889 грамм атомов кислорода.Одни литр молекулярного водорода имеет массу 0,09 грамм, а один литр молекулярного кислорода  - 1,43 грамма. Следовательно, из одного литра воды можно получить 111/0,09=1222,2 литра или 1222,2/22,4=54,56 молей молекулярного водорода и 889,0/1,43=621,67 литра или 621,67/22,40=27,75 молей молекулярного кислорода .Далее обратим внимание на то, что масса атома водорода  в два раза меньше массы молекулы  водорода. Так как молярный объем всех газов одинаков и равен 22,4 литра, то это значит, что, если бы мы смогли привести атомарный водород к нормальным условиям, то из одного литра воды получили бы 111/0,045 = 2466,67 литра или 2466,67/22,4 = 110,12 молей атомарного водорода [109].Анализ показывает, что электрон атома водорода может оказаться на первом невозбужденном энергетическом уровне лишь в том случае, если будут отсутствовать внешние возмущающие факторы в виде переменных электрических и магнитных полей. Если же внешнее возмущение все время присутствует, то электрон в атоме начинает переходить с одного энергетического уровня на другой. В этом случае энергия излучаемых и поглощаемых фотонов будет соответствовать межуровневым переходам электрона [109]. А теперь рассмотрим процесс синтеза молекул воды. Он начнется с образования атома водорода. Мы уже показали, что этот процесс начинается тогда, когда электрон находится на 108 энергетическом уровне. Процесс синтеза молекулы водорода начинается тогда, когда электрон в атоме водорода опустится на 4-й энергетический уровень и излучит фотон (табл. 9) с энергией 12,75eV [109]  (417)При образовании одного моля (mol) атомарного водорода выделится энергия  (418)При температуре ниже 2700...5000  С атомы водорода соединяются в молекулы. Энергия, которая при этом выделяется, как считают химики, равна 436 кДж/моль. При соединении молекулы водорода с атомом кислорода образуется молекула воды с выделением энергии 285,8 кДж/моль. Если отнестись с доверием к приведенным величинам энергии, которая выделяется последовательно при синтезе атомов водорода, молекул водорода и молекул воды, то в расчете на один литр синтезируемой воды выделится следующее количество энергии [109] (419)  (420) (421)Суммируя полученные результаты, имеем 175332,81 кДж/л. Это - потенциальная энергия, которая может выделиться при описанном последовательном синтезе одного литра воды. Количество этой энергии почти в шесть раз больше энергосодержания одного литра бензина (30000 кДж) [109]. Масса водорода, полученного из одного литра воды, равна  гр. Энергосодержание одного грамма молекулярного водорода равно 142 кДж, а водорода, полученного из одного литра воды (422) Это почти в два раза меньше энергосодержания одного литра бензина.  Теперь приведем вариант расчета энергии, выделяющейся при синтезе одного литра воды, наиболее близкий к реальности. Он соответствует случаю, когда электроны родившихся атомов водорода задерживаются на четвертых энергетических уровнях и лишь после этого объединяются в молекулы. В данном случае при синтезе одного атома водорода выделится энергия (13,598-12,748)=0,85 eV. А при синтезе одного моля атомарного водорода выделится энергия [109] (423)Тогда из уравнения (422) следует такое количество энергии (82,0х110,12)= 9029,84 кДж/л. Суммарное количество энергии при синтезе одного литра воды в этом случае окажется таким (9029,84 + 24006,16 +15879,05)= 48915,1 кДж/л. Это также больше, чем при сжигании одного литра бензина (30000 кДж) или водорода (15879,05 кДж), полученного из одного литра воды. Итак, наиболее вероятным является вариант синтеза молекул водорода в момент, когда электроны атомов водорода находятся на четвертых энергетических уровнях. В этом случае при синтезе 1 литра воды выделяется в (48915,1/30000 = 1,63) 1,63 раза больше энергии, чем при сжигании одного литра бензина и в (48915,1/15895,05= 3,1 раза больше, чем при сжигании водорода, полученного из одного литра воды. Таким образом, чтобы получить дополнительную энергию, необходимо вначале синтезировать атомы водорода, а затем молекулы. Процессы их синтеза и являются главным источником дополнительной тепловой энергии, но при обычном электролизе воды, как мы уже показали, они не идут. Конечно, в идеальном случае для проверки этих расчетов надо взять свободные протоны, соединить их со свободными электронами и получить атомарный, а потом - молекулярный водород. Затем соединить молекулярный водород с атомарным кислородом и получить воду. После измерения энергии, которая выделится в процессе синтеза атомов водорода, его молекул и молекул воды, можно будет установить, какой из методов расчета точнее отражает реальность. Но такой идеальный процесс осуществить сложно. Проще найти экономный способ разрушения молекулы воды и потом, путем синтеза ее в указанной последовательности, получить дополнительную тепловую энергию. Теперь мы видим, что дополнительную тепловую энергию генерируют электроны. Откуда они её берут? Рассматривая модель электрона, мы установили, что он может существовать в свободном состоянии только при строго определенной его электромагнитной массе. При соединении с ядром атома, он излучает часть энергии в виде фотонов и его электромагнитная масса уменьшается. Но стабильность его состояния при этом не ухудшается, так как энергию, унесенную фотоном, компенсирует энергия связи электрона с ядром атома. Как только он отделится от атома и окажется в свободном состоянии, то для поддержания своей устойчивости он должен восстановить свою массу, соответствующую его свободному состоянию. Где он возьмет её? Источник один - окружающая физическая среда (физический вакуум) в виде эфира. Из этой среды он и восполняет потерянную энергию (массу) в виде излученного фотона. Восстановив константы (массу, энергию, заряд), электрон приобретает устойчивое свободное состояние. Как только сформируются условия для вступления электрона в связь, то он сразу же излучает энергию в виде фотонов. При новой стадии свободного состояния он вновь восстанавливает свои константы (массу, заряд, энергию), поглощая эфир из окружающей среды. Таким образом, электрон трансформирует энергию окружающей его среды (физического вакуума) в энергию фотонов [72], [109]. Тут возникает сразу такой вопрос: есть ли свободное пространство в атоме, которое может служить источником эфира, поглощаемого электроном при восстановлении им своих констант? Ответ следует из геометрических параметров атома, а они таковы: если размер ядра атома представить равным одному мм, то размер одного электрона в атоме будет около метра, а размер самого атома около 100 метров. Так что в атоме достаточно свободного пространства, заполненного эфиром, необходимым электрону для восстановления своих констант после потери связи с ядром атома или с электроном соседнего атома. Из изложенного следует, что источником дополнительной тепловой энергии является физический вакуум, а преобразователем энергии вакуума в энергию фотона – электрон [84]. Поскольку тепловая энергия – совокупность фотонов, то электроны преобразуют энергию физического вакуума в тепловую энергию. Приведенные результаты расчетов показывают возможность получения дополнительной тепловой энергии при электролизе воды, но для этого надо создавать условия для реализации этой возможности. Предварительный анализ появления дополнительной тепловой энергии при явлениях кавитации воды показывает, что источник здесь тот же, что и при электролизе воды. Механическое разрушение молекул воды приводит к последующему синтезу атомов и молекул водорода, и воды. Электроны выполняют здесь ту же роль, что и при электролизе воды. Они трансформируют энергию вакуума в энергию фотонов [244]. 17.4. Неисчерпаемый источник энергииНеисчерпаемый источник энергии на устах многих ученых, но представления о нём разные, так как они формируются разным уровнем знаний об этом источнике. Нас давно поражает неисчерпаемость тепловой энергии Солнца, но лишь сейчас мы начинаем понимать источник этой энергии. Мы уже знаем, что она формируется совокупностью тепловых фотонов, которые излучаются электронами при синтезе атомов и молекул, поэтому возникает следующий естественный вопрос: из чего электроны формируют фотоны? Известно, что масса свободного электрона строго постоянна и равна  , а масса, например, светового фотона равна  . Из этого следует, что электрон может излучить  световых фотонов. Известно также, что электроны атомов, например спирали лампочки, излучают по световому фотону за одно колебание, то есть при частоте 50 Гц - 50 фотонов в секунду. В результате электрон может перевести свою массу в массу световых фотонов за  секунд или - за час. Таким образом, если электрон не будет восстанавливать свою массу после излучения фотонов, то он исчезнет через час. Необычный результат. Из него следует, что электроны, излучив фотоны, немедленно восстанавливают свою массу. Источник один – окружающая среда, заполненная субстанцией, которую мы называем эфиром. Если бы электроны атомов Солнца не восстанавливали свои массы после излучения фотонов, которые греют нас, то трудно даже предсказать его судьбу. Мы только сейчас начинаем понимать, что электрическая энергия, потребляемая лампочкой, расходуется на процесс преобразования энергии эфира в полезные для нас тепловые и световые фотоны. Сразу возникает вопрос: как заставить электроны работать экономнее и давать нам тепловой энергии больше той, которую мы расходуем, заставляя их преобразовывать энергию эфира в энергию тепловых фотонов? Обратим внимание на то, что процессы излучения фотонов электронами, восстановление ими своей массы за счёт поглощения эфира и последующего излучения фотонов имеют свою длительность. Однако, мы игнорируем это и заставляем электроны трудиться без перерывов, нагружая их постоянным или переменным напряжением. Поскольку главными теплоносителями являются воздух и вода, то электроны их атомов и надо заставить экономнее генерировать тепловые фотоны. Но как это сделать? Проще всего воздействовать на электроны атомов и ионов воды, так как её легче сделать электропроводной. В последние годы опубликовано большое количество экспериментальных данных о получении избыточного тепла в различных технологических процессах [50], [51], [59], [64], [65], [67], [72], [74], [77], [79], [81], [83], [103], [109], [130], [180], [200], [206] и др. Экспериментально уже доказано, что такое тепло выделяется в вентиляционных системах и в системах кавитации воды. Как показал наш анализ, наиболее вероятным источником дополнительной энергии в системах вентиляции и кавитации воды является физический вакуум. Энергию из него забирают валентные электроны разрушенных ионов и молекул и выделяют её при их повторном синтезе. Мы уже проанализировали энергетику химических связей молекул водорода, кислорода и воды, и показали, что на механическое разрушение их химических связей требуется в два раза меньше энергии, чем на тепловое разрушение этих связей. В результате после механического разрушения химических связей валентные электроны оказываются в состоянии с недостатком энергии, соответствующей такому состоянию. Этот недостаток они компенсируют, поглощая энергию в виде электромагнитной субстанции из окружающей среды и выделяя её в виде тепловых фотонов при повторном синтезе ионов и молекул воды. Поскольку на механическое разрушение химических связей ионов и молекул воды требуется в два раза меньше энергии, чем на термическое разрушение этих связей, то это - главная причина, в силу которой не удается повысить показатель энергетической эффективности одноступенчатых кавитационных процессов выше 200%. При увеличении количества ступеней энергетическая эффективность может увеличиться. А что если химические связи разрушать электродинамическим путем? В этом случае появляется возможность найти резонансные частоты и таким образом значительно уменьшить затраты энергии на этот процесс. При последующем синтезе ионов их валентные электроны неминуемо выделят необходимое количество тепловой энергии. Поскольку тепловые фотоны излучаются электронами при синтезе атомов, молекул и ионов, то в воде эту функцию могут выполнить электроны ионов  (рис. 126, а).Анализ показывает, что в этом случае с увеличением температуры расстояние между протоном  и электроном 1, а также между электроном 1 атома водорода и электроном 2 атома кислорода увеличивается. Причем, поскольку это увеличение идет за счет фотонов, поглощаемых электронами, то этот процесс становится пульсирующим. Частота этих пульсаций зависит от скорости увеличения температуры раствора и в целом является небольшой. Ион состоит из атома кислорода и атома водорода (рис. 126, а). Он имеет линейную форму. Справа - осевой электрон 3, а на левом конце оси иона – протон  атома водорода. Их совокупность – идеальное звено электрической цепи. На одном конце кластера таких ионов – положительный заряд, а на другом - отрицательный (рис. 126, b). Таким образом, если организовать импульсный разрыв связей между электронами, соединяющими ионный кластер, ровно на такой интервал времени, который позволит им восстанавливать массу, поглощая эфир, и излучать её при восстановлении разорванных связей, то это будет означать создание управляемого процесса преобразования энергии неисчерпаемого источника – эфира в тепловые фотоны. Импульсы тока, которые подаются к электродам, ориентируют ион  так, что протон атома водорода ориентируется к катоду, а электрон 2 атома кислорода – к аноду. В результате импульсы оказываются направленными вдоль оси иона. Как видно (рис. 126, а), от него можно отделить протон атома водорода или весь атом (протон с электроном 1). В результате останется атом кислорода. После отделения только протона он немедленно устремиться к катоду, получит электрон, образует атом водорода. При высокой плотности тока на поверхности катода совокупность образующихся атомов водорода неминуемо сформирует плазму. Это очень неустойчивый и нежелательный в данном случае процесс. А что, если отделение атома водорода организовать не в зоне катода, а в межэлектродном пространстве?Если воздействовать на ион такими импульсами, чтобы отделялись атомы водорода, то после резонансного отделения от электрона 2 атома кислорода его электрон и электрон 1 атома водорода, потеряв связь, окажутся в состоянии с недостатком энергии (электромагнитной массы), соответствующей энергии их связи. Где они возьмут её? Только из окружающей среды. А если в окружающей среде нет необходимых для этого фотонов? Источник один – физический вакуум. Поглотив необходимое количество энергии из физического вакуума, электроны атомов водорода и кислорода, окажутся в состоянии вновь вступить в связь. У них две явные возможности: вновь соединиться и образовать только что разрушенный ион или же соединиться двум атомам водорода и двум атомам кислорода образовать молекулы водорода и кислорода, которые потом выделяются из раствора. Оба эти явления реализуются в указанном процессе. Они - экзотермические. Процессы повторного синтеза ионов , молекул водорода и кислорода будут сопровождаться излучением фотонов, которые и будут нагревать раствор.Таким образом, чтобы реализовать описанный процесс, необходимо с помощью электрического поля удерживать ион в напряженном, растянутом состоянии. При повышении напряжения этот ион может разделиться на атом кислорода и атом водорода. Атомы кислорода устремятся к аноду, соединятся в молекулы и выделятся в виде пузырьков. Судьба атомов водорода зависит от плотности потенциала на катоде. Если он будет значительно больше, чем на аноде, то высокая концентрация атомов водорода сформирует в зоне катода плазму. Чтобы исключить формирование плазмы у катода, необходимо постоянное напряжение заменить импульсным. Тогда появятся две фазы. Фаза присутствия импульсного потенциала между анодом и катодом и фаза его отсутствия. В момент действия импульса ион разделяется на атом кислорода и атом водорода. В результате валентные электроны этих атомов окажутся в состоянии недостатка энергии, эквивалентной их энергиям связи, когда они были в составе иона . Недостаток энергии у валентных электронов атомов кислорода и водорода приводит их к неустойчивому состоянию, в котором они не могут находиться длительное время. Чтобы восстановить устойчивое состояние, валентные электроны поглощают необходимую электромагнитную субстанцию из окружающей среды. Если потенциал в этот момент отсутствует, то валентные электроны атомов кислорода и водорода вновь соединяются, излучая при этом тепловые фотоны, которые и нагревают раствор. Далее появляется следующий импульс напряжения и процесс повторяется. Таким образом, ион все время находится в предплазменным состоянии. Устойчивость описанного процесса зависит от плотности импульсного электрического потенциала в межэлектродном пространстве. Если она имеет оптимальную величину, то формируется предплазменный режим работы. Если же слишком велика, то предплазменный процесс скачкообразно переходит в плазменный. Резко увеличивается сила тока и резко уменьшается энергетическая эффективность процесса генерирования дополнительной энергии в виде тепла. По мере повышения напряжения увеличивается натяжение ионных кластеров и они могут разрываться, переводя электроны 3 и 4 (рис. 126, b), соединяющие кластеры, в свободное состояние с меньшей массой, так как часть её они излучили в виде фотонов при синтезе ионов  и кластера. Недостаток массы нарушает их устойчивость и они стремятся немедленно восстановить её, поглощая эфир. После восстановления массы, они вновь восстанавливают связи, с протоном  и атомами кислорода, излучая при этом тепловые фотоны.Главное в этом процессе – исключить формирование плазмы, так как это – трудно управляемый и не очень экономный процесс. Это достигалось регулированием диэлектрического зазора 15 (рис. 188, а). Плазма отсутствует, если этот зазор находится в интервале 2-5 мм. Известно, что воду нагревают до  инфракрасные фотоны с длиной волны  . Схема ячейки для реализации описанной идеи, показана на рис. 188, а на рис. 188, b – схема опыта.Экспериментальная ячейка питалась импульсным напряжением со скважностью треугольных импульсов равной 100. Амплитуда напряжения 300 В, амплитуда силы тока 50 А. Сразу обнаружились противоречия в показаниях различных приборов. Приборы, подключённые к клеммам ячейки, показывали мощность 1,50 Ватта, а счётчик электроэнергии, установленный на входе, показывал 150 Ватт. Возникла необходимость понять причину этих противоречий. Однако, учебники по электротехнике и электронной технике не позволяли сделать это. Причина противоречий оставалась неизвестной, поэтому пришлось начать с анализа процесса формирования скважности импульсов. Посмотрим, как определяется величина среднего напряжения, подаваемого потребителю в виде прямоугольных импульсов (рис. 189).  Рис. 188: а) схема ячейки водоэлектрического генератора тепла (патент № 2258098): 9 – катод; 4 – анод; 15 – диэлектрический зазор; b) схема экспериментальной установки На рис. 189  - период следования импульсов, с;  - длительность импульса, с. Если импульсы прямоугольные, то их скважность  определяется по формуле . (424) Рис. 189. Схема прямоугольных импульсов напряжения Скважность импульсов можно определять также путем деления всей площади, соответствующей периоду следования импульсов, на площадь импульса (рис. 189).  . (425)Существует ещё понятие коэффициент заполнения  , который позволяет учитывать форму импульсов. Если импульсы прямоугольные, то коэффициент формы импульсов  и коэффициент заполнения определяется по формуле  . (426)Это означает, что энергия подаётся потребителю только в течение половины периода. Если импульсы треугольные, то  и  . (427)Обратим внимание на то, что скважность треугольных импульсов будет в два раза больше.  . (428)Учебники по электротехнике и электронной технике рекомендуют определять средние величины напряжения и тока путем деления их амплитудных значений на скважность импульсов. Эти результаты полностью совпадают с показаниями вольтметра, амперметра, ваттметра и осциллографа, подключённых к клеммам ячейки (рис. 188, а). В результате мощность на клеммах ячейки оказывается равной 300/100х50/100=1,5 Ватта. Однако, счетчик электроэнергии, подключенный на входе к клеммам электронного генератора импульсов, показывает 150 Ватт. Учебники по электротехнике и электронной технике утверждают правильность этих показаний. В них написано, что при определении электрической импульсной мощности произведение амплитуд импульсов напряжения и тока делится на скважность импульсов один раз, то есть 300х50/100=150 Ватт. Этот результат считается правильным потому (как считается сейчас), что напряжение и ток меняются одновременно и синхронно, поэтому в импульсе мощности их скважности объединяются в одну скважность. Это – главный аргумент доказательства того, что среднюю мощность импульса необходимо определять по формуле [209], [216]  . (429)Необходимо отметить, что эта величина мощности будет и на валу первичного генератора электрической энергии, но она не отражает истинную мощность на клеммах потребителя. Из изложенного следует, что главная причина разной мощности на клеммах импульсного потребителя электроэнергии и первичного источника питания - разное среднее напряжение в разных сечениях электрической сети. Чтобы убедиться в этом, обратимся к графику изменения напряжения и тока в течение всего опыта, представленного на рис. 189. Опыты длились 5 мин или 300 сек. (рис. 190) Это значит, что при однократном делении произведения напряжения и тока на скважность одна из перемножаемых величин остаётся на клеммах ячейки постоянной. В этом случае или вольтметр должен показывать 300 В (рис. 190, а), или амперметр – 50 А (рис. 190, b) в течение 300 с. Все приборы, подключённые к клеммам ячейки, отказываются подчиняться рекомендациям учебников. Вместе с тем, приборы, подключённые на входе, к клеммам электронного генератора импульсов, подтверждают рекомендации учебников. Странная ситуация, но с ней мирились и не искали причины этих противоречий. При скважности импульсов, равной 100 и длительности эксперимента 300с энергия в ячейку подаётся 300/100 всего 3 сек, а 297с ячейка не получает энергии, что и является причиной столь небольшой средней мощности.  Рис. 190. Схема времени действия максимальных (300 В, 50 А) и средних (3,0 В, 0,5 А) значений напряжения и тока Обратим внимание на то, что среднее напряжение на клеммах ячейки равно 3 В, а на входе в систему – 220 В. Величина тока в этих сечениях сети отличается незначительно. На клеммах счётчика электроэнергии, установленного на входе ток, равнялся 0,68 А. С учетом этого, счётчик показывал мощность 220х0,68=150 Ватт. Представим, что мы изготовили генератор, который генерирует импульсы напряжения со скважностью 100 (рис. 191). Это значит, что вал такого генератора будет загружен нагрузкой для генерирования напряжения не по всему контуру окружности ротора (360  ), а секториально, с углом сектора 360/100=3,6 (рис. 191). Учитывая наличие двух магнитных полюсов 3, имеем рабочий сектор 7,2. Это значит, что на валу такого генератора будет энергия холостого хода в секторе 360-7,2=352,8.Если импульсы прямоугольные, то их скважность будет равна S = 352,8 /7,2=45,23, а если треугольные, то - S = 45,23х2=90,46.  Рис. 191. Схема электромеханического генератора импульсов напряжения и тока:
Особо отметим, что механические потери будут по всему контуру (360 ). Известно, что они находятся в пределах 5-10%. Электромагнитные потери при формировании импульсов напряжения будут только в секторе 7,2 . Рабочая нагрузка на валу генератора также будет формироваться лишь в секторе 7,2. Вполне естественно, что средняя величина напряжения будет равна его амплитудному значению, делённому на скважность импульсов. Если нет нагрузки, то энергия будет расходоваться только на генерирование напряжения. Естественно также и то, что при появлении нагрузки средняя величина тока будет равна его амплитудному значению, делённому на скважность импульсов. Это значит, что вал такого генератора загружен процессом генерирования напряжения не по всему контуру окружности ротора, а лишь на его сотой части. Ток, который придёт к такому генератору от нагрузки, загрузит его не по всему контуру окружности, а лишь в интервале его одной сотой. В результате для генерирования такого напряжения и для восприятия импульсной нагрузки потребителя вал генератора, который мы приводим с помощью электромотора, будет загружен рабочей нагрузкой не по всему контуру окружности его ротора, а лишь на одной сотой этой окружности. В этом случае среднее напряжение первичного источника питания будет равно импульсу напряжения, делённому на скважность, и средний ток будет равен импульсному, делённому на скважность. Вполне естественно, что при определении средней мощности, мы обязаны в данном случае произведение импульсных значений напряжения и тока разделить на скважность не один раз, как это представлено в формуле (429), а дважды  (430)Тут следует отметить, что промышленность не выпускает импульсные электрогенераторы, поэтому и отсутствует правильное представление об энергоёмкости импульсных потребителей электроэнергии. Теперь мы видим, что истинные затраты электрической энергии любым импульсным потребителем определяются лишь при использовании электромеханического генератора импульсов, не имеющего электрической связи со всей электрической сетью. Необычность такого генератора заключается в том, что он синхронизирует импульсное производство электроэнергии с импульсным её потреблением. Таким образом, выявленные особенности электрической сети питания указывают на то, что при импульсном потреблении электроэнергии её величина завышается в количество раз, равное скважности импульсов. Вполне естественно, что ошибочная процедура определения мощности, потребляемой импульсами, искажает результаты интерпретации энергоёмкости импульсных потребителей электроэнергии. Посмотрим теперь, как реализуется процедура правильного измерения мощности, потребляемой в виде импульсов, при использовании международной системы единиц. В соответствии с системой СИ, если в течение одной секунды подается один импульс напряжения с амплитудой  и с заданной длительностью , и генерируется один импульс тока с амплитудой  и длительностью то, указанные величины напряжения и тока можно использовать для расчета мощности лишь только в том случае, когда их длительность будет соответствовать одной секунде. Такое требование вытекает из определения единицы мощности Ватта. Ватт – работа, совершаемая током и напряжением непрерывно в течение секунды. Следовательно, импульсное действие напряжения и тока надо растянуть до одной секунды. Естественно, что вместо импульса в этом случае получается вытянутый прямоугольник. Высота этого прямоугольника, умноженная на коэффициент формы импульса  (, если форма импульса приведена к прямоугольной форме и , если форма импульса приведена к треугольной форме) и будет средней величиной  напряжения, если растягивается импульс  напряжения, средней величиной  тока, если растягивается импульс  тока и, как сейчас считается, средней величиной  мощности, если растягивается импульс  мощности. Если в течение секунды генерируется не один, а несколько импульсов, то указанные средние значения импульсов напряжения, тока и мощности надо умножить на частоту  импульсов. Эта операция эквивалентна делению амплитудных значений напряжения , тока и мощности на скважность . Учитывая что  , средние величины напряжения и тока будут равны: , (431)  (432)Обращая внимание на формулы (431) и (432), видим, что амплитудные величины напряжения и тока приведены к длительности одной секунды, поэтому их величины строго соответствуют системе СИ, что является веским доказательством того, что средняя мощность импульса должна определяться по формуле . (433)Обращаем особое внимание ещё раз на то, что эта величина мощности реализуется только при использовании электромеханического генератора импульсов. При наличии двух магнитных полюсов 1 (рис. 191) он имеет рабочий сектор 7,2 град. Это значит, что на валу такого генератора будет энергия холостого хода в секторе (360 – 7,2) градусов, а рабочего - лишь в секторе 7,2 град. Из этого следует, что при генерировании таких импульсов напряжения вал генератора будет загружен рабочей нагрузкой 7,2/360=0,02 времени одного оборота ротора или, проще говоря, прямоугольные импульсы напряжения будут генерироваться со скважностью 1/0,02=50, а треугольные – со скважностью 100. Сразу обращаем внимание на главное: в этом случае показания вольтметра и амперметра будут одинаковы на клеммах электромеханического генератора импульсов и потребителя, поэтому при определении средней мощности произведение амплитудных значений напряжения и тока необходимо разделить на скважность импульсов дважды 300/100х50/100=1,5 Ватта. Вполне естественно, что механическая мощность на валу такого генератора будет равна 300/100х50/100=1,5 Ватта. К этой мощности надо добавить механические и электрические потери. Известно, что они могут достигать 30%. Тогда на привод такого генератора потребуется мощность 1,5+0,5=2,0 Ватта. Однако, отсутствие финансирования не позволило нам изготовить такой генератор, поэтому для проверки достоверности, выявленного нами закона формирования мощности в различных сечениях электрической цепи мы использовали магнето трактора Т-130. Оно приводилось во вращение электродвигателем (рис. 192) и генерировало импульсы напряжения и тока (рис. 193), далекие по всем показателям от тех импульсов, которые генерировал электронный генератор импульсов (рис. 194). И, тем не менее, энергетическая эффективность ячейки достигала 300%.  Рис. 192. Электрическая схема системы: 1 – тепловая ячейка; 2 - электромотор; 3 - магнето; 4 – муфта, соединяющая вал мотора с валом магнето; 5 – счетчик электроэнергии; 6 - осциллограф Nektronix TDS 2014  Рис. 193. Образец осциллограммы напряжения и тока, генерируемых магнето  Рис. 194. Напряжение В табл. 50 представлены результаты эксперимента. Здесь - тепловая мощность нагретого раствора; - мощность, забираемая ячейкой из сети; она равна разности показаний счетчика электроэнергии при включенной и отключенной нагрузке (ячейки);  - мощность, показываемая вольтметром  и амперметром  , установленными перед ячейкой;  - мощность, показываемая осциллографом и определенная по формуле (430);  - мощность, показываемая осциллографом и определенная по формуле (429);  - показатель эффективности процесса нагревания раствора. Таблица 50. Показатели прямого эксперимента
Примечание -1: столь незначительное изменение мощности с помощью счетчика электроэнергии определялось путем подсчета количества оборотов его диска с использованием секундомера. Показания счетчика дублировались показаниями электронного ваттметра. Максимальная разница их показаний не превышала 20%. Примечание – 2: чтобы уменьшить погрешность измерений, которая возникает в результате потерь на нагревание обмотки электромотора при включенной нагрузке, его мощность была значительно больше мощности нагрузки и составляла более 300 Ватт. Магнето удалось настроить так, что оно генерировало импульсы напряжения, средняя амплитуда которого равнялась  . Средняя амплитуда импульса тока равнялась  . Длительность импульсов  . Частота импульсов = 255,8 Гц. Скважность импульсов  . Вполне естественно, что такую форму импульса удобнее привести к треугольной форме и тогда  . В результате формулы (431) и (432) дают такие средние значения напряжения и тока. , (434) (435)Расчет средней мощности по формуле (430) даёт результат  , близкий к показаниям вольтметра и амперметра и к показаниям  счётчика (табл. 50, опыт 2). . (436) . (437)Средняя же мощность, определённая по формуле (429)  , (438)значительно больше показаний вольтметра и амперметра , а также показаний счетчика и показаний осциллографа, рассчитанных по формуле (430) (табл. 50, опыт 2).Сравнивая результаты расчетов по формулам (429 и 430) с результатами эксперимента и (табл. 50, опыт 2) видим, что при определении средней мощности по осциллограмме произведение амплитудных значений напряжения и тока надо делить на скважность не один раз (429), как написано в учебниках [209], [216], а дважды (430). Только такое значение мощности будет соответствовать реальности. Таким образом, мы устранили противоречия между показаниями приборов и расчетами при импульсном потреблении электрической энергии. А теперь зададим такой вопрос: по какой же формуле рассчитывалась мощность импульса лауреата первой премии «Глобальная энергия»? Ответ ясен – по формуле  , (439)которая, как считается в современной физике, определяет мгновенную мощность импульса, и которая, как мы уже показали, является фиктивной величиной. Поскольку в формуле (439) отражена мощность одного импульса, то вполне естественно, что и могут иметь очень большие величины. Но в любом случае их произведение даёт не реальную, а фиктивную величину. Если мы возьмём скважность импульсов, которую мы использовали в своих экспериментах ( ) и учтем, что для получения реальной мощности импульса, правую часть формулы (439) необходимо разделить на квадрат скважности (в рассматриваем случае - на  ), то реальная мощность импульса  оказывается в 10000 раз меньше той величины, за которую была выдана премия. Если учесть, что длительность импульса лауреата была значительно меньше, чем в нашем эксперименте, а скважность значительно больше 100, то реальная величина импульса мощности будет меньше той, за которую он получил премию, в миллионы раз. Успокоим представителей комитета «Глобальная энергия». Их ошибка - мелочь по сравнению с ошибками, допущенными Нобелевским комитетом [223], [241], [243]. 17.5 Варианты экспериментальной проверкиэффективности предплазменноготеплового эффектаОсновная задача экспериментов состояла в проверке гипотезы: «Электродинамическое воздействие на молекулы и ионы воды позволяет значительно уменьшать затраты энергии на разрушение их химических связей, а последующий синтез этих ионов и молекул - значительно увеличивает выход дополнительной энергии в виде тепла». Для решения этой задачи были поставлены специальные эксперименты по электродинамическому разрушению химических связей ионов и молекул воды электрическими импульсами различных частот. Схема установки, на которой проводились экспериментальные исследования, показана на рис. 188 [204]. |
, Похожие:
 | Календарно-тематическое планирование уроков химии 11 класс Ядро и электронная оболочка. Электроны, протоны и нейтроны. Макромир и микромир. Дуализм частиц микромира |  | Приказ №37 по государственному бюджетному образовательному учреждению... Время начала работы каждого учителя – за 15 минут до начала зарядки. Дежурство учителей начинается за 15 минут до начала зарядки... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Ядро и электронная оболочка. Электроны, протоны и нейтроны. Микромир и макромир. Дуализм частиц микромира | | Краткая история развития научной экспертизы знаний канарёв Ф. М Оформление. Портрет писателя; плакат "Приходите в Остер-класс, как-нибудь поучат вас"; книжная выставка "Веселые уроки Григория Остера";... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Время начала работы каждого учителя – за 15 минут до начала своего первого урока. Дежурство учителей начинается за 20 минут до начала... | | Ббк 57 с 4МО(03)—97 isbn 5-222-00155-5 ©Свищева Т. Я., 1997 © Оформление,... Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Связи с общественностью» протокол № от 20 г |
| Методические рекомендации по изучению дисциплины Концепции современного естествознания Цель дисциплины: способствовать формированию у студентов научного мировоззрения и осознанию ими принципов и закономерностей развития... | | Обобщение по теме Рельеф России Охватывает период XIX – начала XX в., до начала Первой мировой войны. Материалы о самой войне в соответствии с логикой преподавания... |
| Внутренняя политика Александра I 1815-1825гг Охватывает период XIX – начала XX в., до начала Первой мировой войны. Материалы о самой войне в соответствии с логикой преподавания... | | Основное содержание Введение. Судьба России в XX веке. Основные направления, темы и проблемы русской литературы XX века. Характеристика литературного... |
| Образовательная программа основного общего образования на 2011-2012 уч год Охватывает период XIX – начала XX в., до начала Первой мировой войны. Материалы о самой войне в соответствии с логикой преподавания... | | «Утверждено» на заседании педагогического совета Обучающийся должен прийти за 15-20 минут до начала занятий, чистой и опрятной форме со сменной обувью, верхняя одежда сдается в гардероб,... |
| Учебник для 8 класса основной школы / Д. Д. Данилов [и др.]. М. Баласс, 2010. џ Данилов, Д. Д Охватывает период XIX – начала XX в., до начала Первой мировой войны. Материалы о самой войне в соответствии с логикой преподавания... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... При изучении курса «Алгебры и начала анализа» на базовом уровне продолжаются и получают развитие содержательные линии: «Алгебра»,... |
| М еждународная научно-просветительская конференция Адлерских чтений – международной научно-просветительской конференции «Проблемы национальной безопасности России: уроки истории и... | | План мероприятий, приуроченных к 100-летию начала Первой мировой войны, на 2014 год. Цель: развитие духовно-нравственных традиций подрастающего поколения. Преемственность Армии и Флота при проведении мероприятий, связанных... |
