Иоффе Александр Юльевич: другие произведения.

Передача электричества по одному проводнику к изолированному объекту.

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Конкурс фантастических романов "Утро. ХХII век"
Конкурсы романов на Author.Today

Летние конкурсы на ПродаМан
Открой свой Выход в нереальность
[Создай аудиокнигу за 15 минут]
Peклaмa
Оценка: 1.00*2  Ваша оценка:
  • Аннотация:
    В этой статье обсуждается возможность передачи электрической энергии и /или информации к изолированному от Земли или от другого проводящего тела объекту по одному проводнику, и краткая история этого вопроса. Приводятся несколько электрических схем такой электропередачи и определяется какому физическому механизму она (однопроводная электропередача), по мнению автора, соответствует. Сделана попытка расчета передаваемой мощности и относительной потери энергии. Автор приводит возможные пути увеличения мощности и сокращения потерь, а также защиту от вредного влияния такой электропередачи на организм человека. В статье есть описание произведенных опытов. Также в статье можно прочесть, какие, по мнению автора, возможны области практического применения, преимущества и недостатки передачи электроэнергии по одному проводнику. Автор извиняется, что не все заявленные главы опубликованы. Тема весьма обширная, по существу, относительно новая область электротехники, пока идет работа, он решил вынести на суд читателей то что уже готово.

  СОДЕРЖАНИЕ.
  - Предисловие.
  - Глава 1. Механизм однопроводной электропередачи.
  - Глава 2. Расчет передаваемой мощности.
  - Глава 3.* К.П.Д. однопроводной электропередачи и возможная защита от излучения.
  - Глава 4. Пути увеличения передаваемой мощности.
  - Глава 5. Третий способ однопроводной электропередачи.
  - Глава 6.* Проведенные эксперименты.
  - Глава 7. Возможные применения однопроводной электропередачи.
  - Литература.
  * - Эти главы пока не опубликованы, так как автор над ними еще работает.
  
  Глава 1. МЕХАНИЗМ ОДНОПРОВОДНОЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
  
   Первые опыты по передаче электроэнергии по одному проводнику были сделаны еще на заре становления теории электричества в конце 18 века. В любом солидном учебнике физики можно найти описание опыта, в котором заряженный шар (передатчик) соединяется с незаряженным шаром (приемником) одним проводником. На незаряженный шар перетекают заряды, он становится обладателем электропотенциала, а следовательно и энергии. Но кроме как вклада в теорию потенциалов и конденсаторов, для развития теории однопроводной электропередачи и практического использования этот опыт тогда ничего не принес.
   В 1899 году Никола Тесла в лаборатории около городка Колорадо-Спрингс провел блестящий эксперимент по передаче электроэнергии по одному проводнику, он использовал в качестве такого проводника Землю.Зажигались лампы ,воткнутые в Землю. По моему разумению, он это сделал используя, в какой то мере, и вышеописанный опыт.Результаты были отражены в статье в журнале "Сенчюри Мэгазин" под редакцией Роберта Джонсона. Но, к сожалению, дальше демонстрации дело тоже не пошло по независящим от него обстоятельствам. Впоследствии, этот Титан поставил проблему шире. Он пытался найти способ, и наверное нашел, как передавать электроэнергию в любой заданный квадрат пространства вообще без проводов при помощи резонансной 'раскачки' ионосферы. Проводил успешные опыты в лаборатории Уорденклифф на острове Лонг-Айленд. Поэтому, он является отцом беспроводной передачи электроэнергии, которая сейчас тоже идет в гору.
   Где- то примерно в 1981 году мне, тогда молодому инженеру, работающему в одном из советских НИИ, в связи с вышеприведенным опытом из учебника, пришла в голову такая мысль. А что если взять 4 шара и один проводник? См.Рис.1.  []  []
   Два шара (5 и 6) будут пока незаряжены и находиться на приемнике (2), а два заряженные (3 и 4) один плюсовыми зарядами , а второй минусовыми - принадлежать передатчику (1). Тогда, действуя циклически переключателями (8 и 9), можно в первую половину цикла соединять одним и тем же проводником первый заряженный шар (3) с незаряженным (5), а во вторую - второй заряженный шар (4) с другим незаряженным (6). Таким образом, в конце цикла мы получим на приемнике два заряженных шара, и заряды с них можно снять через полезную нагрузку (7), задействовав выключатель (11). Шары же передатчика мы будем все время подпитывать зарядами, соединив их, например, с батареей, генератором постоянного тока (10) или электрофорной машиной. Это первый способ однопроводной передачи. Впоследствии, во время работы над этой темой, обрисовался и второй способ, причем более простой. См.Рис.2.  []
   На приемнике (2) можно оставить только один накопитель (5) (будем в тексте называть шары - накопителями зарядов или просто - накопителями, тем более, что накопители не обязаны быть шаровидной формы), но полезную нагрузку (7) поместим теперь между ним и проводником, идущим от передатчика (1). Работая переключателем (8), как и при первом способе, соединяем попеременно накопители передатчика (3 и 4) с одним проводником, идущим к приемнику. Накопитель приемника будет в каждый полупериод цикла получать заряды разного знака. И заряды, всякий раз проходя путь от накопителей источника до накопителя приемника, будут совершать полезную работу, проходя также и через нагрузку. Накопители передатчика все время подзаряжаются от генератора постоянного тока (6). Этим обеспечивается непрерывность токопередачи. Из дальнейшего текста статьи будет ясно, что для второго способа в качестве нагрузки лучше всего использовать, обмотку трансформатора или электромотор /электромагнит с выпрямителем, так как тепловая работа не будет совершаться. Но если мы захотим, все же, на приемнике получать тепло на сопротивлении, то это сопротивление надо подключать ко вторичной обмотке трансформатора, а первичную, как было сказано выше, тогда использовать в качестве нагрузки.
   Впоследствии, в целях повышения эффективности работы и удобства, схемы 1 и 2 претерпели большие изменения. Передатчик в обоих схемах стал представлять из себя следующее устройство*. См.Рис.3.  []
   Следует подчеркнуть, что здесь уже работает генератор переменного тока (1), а не постоянного. Накопитель (3) передатчика, с которого снимаются заряды для проводника, идущего к объекту токоснабжения, не обязательно должен обладать большой емкостью, если поступление зарядов от генератора непрерывно. В этом случае он может представлять собой просто тонкий проводник. В случае же прерывистой подачи зарядов от источника, его емкость должна быть такой, чтобы за полупериод не позволять существенно падать потенциалу на нем при "заборе" зарядов через проводник на приемник и перебоях в подаче зарядов от генератора. При таком варианте его емкость и соответственно геометрические размеры, должны быть хотя бы на порядок больше параметров накопителя приемника. Если перебои небольшие - то и размеры скромные. А вот другой накопитель передатчика, названный в этой статье "буферным"(2),соединенный с его другим выводом, даже при непрерывной работе генератора должен обладать достаточно большой емкостью и соответветственно большими геометрическими размерами. Его емкость должна быть такой, чтобы он при заданном потенциале токопередачи (параметр генератора) за время полупериода мог хранить столько зарядов противоположного знака передаваемым, сколько воспринимает накопитель приемника. То есть никак не меньше емкости и соответственно геометрических размеров накопителя приемника. Если больше, то только лучше. На Земле очень хорошо подойдет сама Земля - шаровой конденсатор с колоссальными геометрическими размерами. То есть, второй вывод генератора, если позволяют условия, проще всего заземлить**.
   Переключатель(9) в первой схеме (см.Рис.1) оказалось удобным заменить на диодную вилку (4) (см.Рис.4).  []
   Выключатель(11)(см.Рис.1) в той же схеме оказался вообще не нужным.
   Итак, рассмотрим модифицированные схемы. Схема для первого способа электропередачи представлена на Рис.4, а для второго на Рис.5а. В первом способе, для сглаживания протекающего через нагрузку (8)(см.Рис.4) тока, полезно подключить конденсатор (7)(см.Рис.4) параллельно этой нагрузке. А что касается второго способа, то если мы захотим, чтобы через нагрузку потек ток одного направления, то можно применить диодный мостик (6)(см.Рис.5в) и, опять таки, для сглаживания подключить параллельно нагрузке (4)(см.Рис.5в) конденсатор (7)(см.Рис.5в). Эта схема представлена на Рис.5в.  []  []
   Надо сказать, что так как работа над этой темой не входила в план работ моего НИИ, и я ее проводил в качестве хобби, продвигалась она крайне медленно. Во время своих исследованиий я часто ездил на консультацию к кандидату физических наук Кирсанову Борису Петровичу и он внес большой вклад в разработку схем и теорий. В 1981/3 годах нами с Кирсановым Б.П. были поданы заявки на изобретения [5,6] (фотокопии в конце статьи). Но эксперты ВНИИГПЭ не выдали нам свидетельств, сославшись на малую передаваемую мощность в нашей эксперментальной установке, выполненной по схеме Рис.4. Но мы же экспериментальную установку собрали с единственной целью - доказать протекание тока в нагрузке, возможность чего отрицалась экспертами начисто на первой стадии нашего с ними общения. Тогда (в 1989 году) я при содействии Кирсанова Б.П. написал статью в журнал "Изобретатель и Рационализатор" [1] (фотокопия в конце статьи). Вскоре после опубликования моей статьи выяснилось, что параллельно с нами эта тема разрабатывается и другими людьми.
   Группа изобретателей под руководством С.В. Авраменко под эгидой Московского Научно - Исследовательского Электротехнического Института собрали и испытали установку по передаче электроэнергии по одному проводнику [2,3]. Эта установка весьма похожа на придуманную нами с Кирсановым Б.П. и опубликованную в журнале [1].В данной статье эта установка изображена на Рис.4. Они утверждали, что они ее сделали ранее даты выхода в свет нашей статьи. И что подавали свою статью в тот же журнал, но ее не опубликовали. Я не буду с этим спорить. Скажу только, что и у нас до публикации тоже были собраны установки и поданы заявки на изобретения. Не знаю что там с приоритетом, но то, что они в своих работах, после нашей встречи и прочитав мою статью, совсем о нас не упоминали, считаю некрасивым.
   Что касается их работ, то я думаю, что они не там расставили акценты. Слишком большое значение придали диодной вилке, хотя те же результаты можно получить и без нее с синхронными переключателями. Работали они (их установка) на очень высокой частоте. Впоследствии, из текста данной статьи будет видно, что это снижает К.П.Д. передачи, да и вообще вредно. Но эксперементальную установку они собрали впечатляющую, сам лично наблюдал - удавалось зажигать лампу накаливания.
   Большую заслугу этой группы людей я вижу в том, что они первыми обратили внимание на то, что при однопроводной электропередаче сопротивление этого одного проводника не влияет на передаваемую мощность. Кроме того, на токопередачу не влияют и небольшие разрывы в проводнике см.[4]. И я не понимаю, почему эти изобретатели не подали заявку на открытие в области физики. Что же касается самого физического процесса, то можно предположить, что мы здесь сталкиваемся с другим механизмом прохождения электрического тока по проводнику. Заряды идут по внешнему контуру проводника, стремясь перераспределиться эквипотенциально по всей, даже очень отдаленной поверхности. Они не заходят внутрь проводника и не получают удары от колеблющихся атомов его кристаллической решетки. Ничто не задерживает электроны и поэтому сопротивление проводника ничтожно мало вне зависимости от его толщины и материала из которого он изготовлен. В экспериментах, проводившихся при написании этой статьи, такое свойство подтверждается серией экспериментов ... Кроме того, если свободные электроны стоят перед неширокой 'пропастью' - разрывом в проводнике, то отталкивание 'набегающих' соседних электронов помогает им 'перепрыгнуть' через 'расщелину' и 'приземлиться' на ' малозаселенной' поверхности.
   В более поздних работах интересна статья Косинова Н.В. [2]. Эту работу среди работ других авторов я считаю наиболее продвинутой, можно увидеть схему очень похожую на представленную на Рис 5в. Здесь впервые, если говорить о работах других авторов,в явном виде появляется накопитель приемника, названный почему-то "антенной". Впрочем, на такой большой частоте, на которой, как я подозреваю, проводились эксперименты, и о которой они почему-то "скромно молчат", скорее всего это уже радиочастоты, такое название напрашивается само-собой. И что еще "интересно", о его (накопителя) роли в этой работе, почему то, ничего не говорится.И вообще, просматривая литературу по данной тематике я вижу, что накопителями служат соединительные провода, а авторы работ вроде бы даже и не догадываются о такой их функции. Для высоких частот подойдут и накопители с маленькой собственной емостью, вроде проводов, но вот стоит ли работать с высокими частотами -это большой вопрос.
  ПРИМЕЧАНИЯ.
  * Для простейших экспериментов в качестве передатчика можно воспользоваться одним выводом розетки бытовой электросети, т.е. вставить один проводник в правое отверстие розетки (это фаза). Но, так как в бытовой сети низкая частота, ток пойдет очень маленький и надо "вооружиться" для его регистрации микроамперметром.Можно вместо прибора подключить конденсатор/(плюс выпрямитель) и заряжать его несколько минут, после чего сблизить его выводы и наблюдать искру.
  ** Как раз бытовая сеть заземлена или соединена с большой электроемкостью.
  
   ГЛАВА 2.РАСЧЕТ ПЕРЕДАВАЕМОЙ МОЩНОСТИ.
  
   Расчет производится для низких частот электропередачи. Для высоких будут отличия. Основное в том, что геометрические размеры накопителей приемника перестанут влиять на принимаемую мощность, так как эти проводящие тела не будут успевать за полупериод заполняться зарядами. Это подтверждается в работе [10].
  
   ДЛЯ ПЕРВОГО СПОСОБА ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
   Возьмем отрезок времени (t) равный полупериоду (t=T/2) частоты (ню) переключений направления течения зарядов при однопроводной электропередаче. Это время, на протяжении которого накопитель приемника соединен проводником с накопителем передатчика, обладающим на этом этапе зарядами какого-то одного знака, либо '+' , либо '-'. И заряды эти перераспределяются так, чтобы образовать эквипотенциальную поверхность, т.е. заряжают накопитель приемника до тех пор, пока электропотенциал на нем не будет равен электропотенциалу накопителя передатчика. Накопители, во всех схемах приведенных в статье, представляет из себя конденсаторы, одна обкладка которых - это поверхность их физического тела, а вторая - бесконечность. Поэтому, в соответствии с общеизвестной физической формулой для конденсатора, мы можем написать, что заряженный накопитель обладает энергией (W1), вычисяющейся по формуле (1).
   (2.1) W1 = C х Фи квадрат/2
   Где С - электрическая емкость , Фи - потенциал. Время зарядки конденсатора (тау) определяется формулой (2).
   (2.2) Тау= r x C , где r - сопротивление проводников, идущих к конденсатору.
   Как указывалось выше, в соответствии с серией экспериментов N .. ( то же можно прочесть и в работах других авторов [2,3] ) следует, что при однопроводной электропередаче сопротивление проводников, идущих к накопителю ничтожно мало. Каким физическим процессом это можно объяснить было указано в Главе 1. Поэтому, ничтожно мало и время зарядки накопителя (конденсатора). В соответствии с этим, можно принять при расчетах, что заряды, получаемые от передатчика, заполняют поверхность накопителя находящегося на приемнике практически мгновенно. Но что же отсюда следует для подсчета передаваемой мощности? А следует из этого то, что мы можем как угодно сокращать рассматриваемое нами при расчетах время полупериода (t) и соответственно повышать частоту электропередачи(ню), ведь они связаны формулой (2.3):
   (2.3) ню= 1/T= 1/2t , или t = 1/2ню
   и в тоже время, накопитель премника всегда успеет зарядиться. Базисная формула для мощности (P1) гласит :
   (2.4) P1 = W1/t
   Сокращая (t) мы увеличиваем передаваемую мощность. Подставим в формулу (2.4) выражение для (t) из формулы (2.3). Получим:
   (2.5) P1 = 2 х ню х W1
   Так что можно сделать вывод. Передаваемая мощность прямо пропорциональна частоте электропередачи (ню). Теперь вопрос. До какого уровня мы можем повышать частоту? Ограничения 'сверху' следующие. При повышении частоты растут потери на электромагнитное излучение провода, причем растут они пропорционально не первой степени частоты, как мощность, получаемая приемником, а второй. Мы этим вопросом займемся более подробно позднее, когда будем рассматривать К.П.Д. электропередачи в Главе 3. Кроме того, высокая частота и соответственно сильное электромагнитное излучение, может сказаться негативно в медицинском плане на населении районов, где будет осуществлена подобная электропередача. Слишком высокая частота войдет в область радиочастот и будет создавать помехи радиотрансляции и специальной радио-связи. Ну и технические возможности передатчика электроэнергии, особенно мощного, имеют некоторые ограничения при создании слишком высокой частоты.
   Теперь рассмотрим другой аспект. Влияние геометрических размеров накопителя/лей приемника, на получаемую этим приемником мощность. Самая лучшая, в плане максимальной электроемкости при минимальном размере, форма одиночного накопителя - это форма шара. Ведь при такой форме заряды не стекают с острых углов. Но и другие тела с проводящей поверхностью будут накапливать заряды. В расчетах, все же, поскольку они имеют общий характер, примем, что у нас накопитель шаровой формы. В соответствии с общеизвестной формулой, емкость шарового уединенного конденсатора (С) равна:
   (2.6) С = 4 х Пи х эпсилом нулевое х R
   Где эпсилом нулевое- электрическая постоянная , а R - радиус шара. Подставим это выражение в формулу (2.1). Получим :
   (2.7) W1 = 4 х Пи х эпсилом нулевое x R x Фи квадрат/ 2 , или после сокращения : W = 2 х Пи х эпсилом нулевое x R х Фи квадрат
   Объединим теперь формулы (2.5) и (2.7) и найдем выражение для мощности.
   (2.8) P1 = 4 х Пи х эпсилом нулевое х ню х R х Фи квадрат
   Мы видим, что передаваемая мощность Р пропорциональна геометрическим размерам накопителя приемника (радиусу шара - R).
   Рассмотрим еще один фактор - потенциал электропередачи. В Из полученной формулы (2.8) видно, что мощность электропередачи Р пропорциональна потенциалу Фи на накопителе приемника во второй степени. Теперь ограничения по потенциалу. Они связаны с безопасностью людей имеющих дело с такой электропередачей и с потерей энергии на коронный разряд и утечку электронов, что мы рассмотрим позднее в Главе 3. Позже мы рассмотрим вариант приемного устройства, где большие потенциалы находятся только внутри его изолированной части, а сама токопередача и проводник для нее предназначенный, находятся под обычными не опасными для жизни чередующимися (плюс/ минус) потенциалами.Здесь надо заметить, что хотя Никола Тесла и открыл, что для человека не опасен ток высокой частоты, выше 700 Гц при любом потенциале, но ведь бывают внезапные перебои в электроснабжении, а также включения и отключения. Возникающие в результате этого импульсы могут быть очень опасны. Поэтому, я считаю, что изоляция все равно необходима, даже если мы решим работать на высокой частоте.
   Еще один аспект. Формула (2.8) справедлива для вакуума и лишь приближенно для воздушной среды (где диэлектрическая проницаемость весьма близка к единице). Ведь формула (2.2) на которой мы основываем расчет написана для уединенного шара в вакууме. Если же мы окружим накопитель приемника оболочкой, то формула для мощности будет уже другой. Емкость накопителя/лей, а следовательно и передаваемая мощность, повысится, если окружить его/их изолирующей оболочкой с большим коэффициентом диэлектрической проницаемости(эпсилон).Вспомним формулу для сферического конденсатора:
   (2.9) С= (4 х Пи х эпсилон х эпсилон нулевое)/( 1/а - 1/в) ,
   где а - радиус внутренней сферы, в - радиус внешней сферы.
   Вот, например, сегнетоэлектрики имеют коэффициэнт диэлектрической проницаемости порядка 10 в четвертой степени. Но это не значит, что емкость повысится в соответствующее количество раз. Это было бы справедливо только для двухповерхностного конденсатора, где все пространство между обкладками заполнено диэлектриком. В нашем же случае, одна обкладка -это поверхность накопителя, а вторая - бесконечность, и мы не можем заполнить все бесконечное постранство диэлектриком. Поэтому и зависимость будет более слабая. Серия экспериментов N ... показывает, что оболочка из материала с большой диэлектрической проницаемостью положительно влияет на количество передаваемой накопителю энергии. Эти исследования еще до конца не доведены и в рамках 'домашних' лабораторных условий вряд ли вообще будут качественно выполнены. Но пока мы все же можем принять, что передаваемая мощность зависит от толщины оболочки накопителя приемника и от диэлектрической проницаемости материала, из которого она сделана. Отразим это в новой формуле.
   (2.10) Р1 = К1 х f(d, эпсилон) x ню x R х Фи квадрат
   Где: К - коэффициент, приближенно равный(так как не все накопители приемников будут правильной шарообразной формы) 4 х Пи х эпсилум нулевое. K приблизительно равно = 1.11 х10 в минус 10 степени. f - функция, с параметрами: d - толщина оболочки накопителя приемника, эпсилон - диэлектрическая проницаемость материала из которого изготовлена оболочка. f > 1.
   Итак, 'озвучим' окончательную формулу. Мощность однопроводной передачи растет пропорционально квадрату потенциала на линии , частоте передачи и размерам накопителей в первой степени и на нее положительно влияет изолирующая оболочка накопителей (чем больше толщина и диэлектрическая проницаемость материала, тем лучше).
  
   Это был расчет для первого способа однопроводной электропередачи. Рассмотрим как обстоят дела с мощностью для второго способа.
  
   РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДЛЯ ВТОРОГО СПОСОБА ОДНОПРОВОДНОЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
  
   Определим энергию получаемую объектом за половину периода колебаний потенциала на линии электропередачи. Естественно, что вся эта энергия тратится в нагрузке, расположенной между линией передачи и накопителем. Работа (A) по перемещению зарядов (Q) в электрическом поле определяется формулой:
   (2.11) A = Q x deltaФи ,
   где deltaФи - разность потенциалов накопителя объекта и линии. Для начала любого полупериода передачи, на линии и на накопителе будут потенциалы разного знака, каждый из которых по модулю равен Фи. Разность потенциалов
   deltaФи= Фи-(-Фи)=2Фи.
   Но, по мере утечки зарядов с накопителя и прохождения их через нагрузку, потенциал на накопителе, назовем его (Фи2) изменяется, поэтому deltaФи является функцией количества зарядов на накопителе. Запишем это так:
   deltaФи = F(Q)
   Потенциал на линии при движении зарядов не изменится, так как аннигиляция зарядов , которые сейчас на линии, от поступления на линию зарядов другого знака, все время компенсируется подачей на линию зарядов от генератора.
   С точки зрения энергетики процесс прохождения электронов через нагрузку можно разделить на две стадии. Первая стадия, где будет совершаться работа (А1) - это перемещение всех зарядов с накопителя приемника (предположим отрицательных) через нагрузку на линию электропередач. Этот процесс происходит до полного исчезновения зарядов этого знака на накопителе и ,в соответствии с этим, превращения его потенциала в нулевой. Вторая стадия, где будет совершаться работа (А2) - это прохождение через нагрузку зарядов с линии (в нашем примере положительных) на накопитель приемника до установления на нем потенциала (положительного) равного потенциалу линии. Таким образом, общая работа или энергия (что в данном случае одно и то же), выделяющаяся за половину периода на нагрузке:
   (2.12) W2 = A1 + A2
   Несмотря на то, что мы говорим здесь о двух стадиях процесса, на самом деле, с точки зрения перемещения электронов - он будет непрерывным, и электроны будут течь только в одну сторону. Это просто вопрос определений знаков заряда.
   Попробуем рассчитать работу А1.
   Элементарная работа (ее дифференциал) будет равна произведению разности потенциалов deltaФи на элементарный заряд (дифференциал Q).
   (2.13) dA1 = deltaФи(Q) x dQ = F(Q) x dQ
   Как уже было отмеченно выше, разность потенциалов является функцией от заряда на накопителе F(Q). Посмотрим как эту функцию можно выразить. С утечкой зарядов через нагрузку она уменьшается. Потенциал на накопителе Фи2 определяется следующей формулой.
   (2.14) Фи2 = Q/C , тогда
   (2.15) F(Q) = Фи - (-Фи2) = Фи + Фи2 = Фи + Q/C
   Подставим это выражение в формулу (2.13), получим:
   (2.16) dA1 = (Фи + Q/C) x dQ
   Для того чтобы получить работу А1, нам надо взять интеграл этого выражения в следующих пределах: нижний = 0 , а верхний, равен максимальному (первоначальному) заряду, то есть Qmax = C х Фи. После соответствующих вычислений, которые здесь излишне приводить, получим :
   (2.17) A1 = Фи квадрат х С + Фи квадрат х С / 2
   Теперь попробуем вычислить А2.
   Работа или энергия по перемещению зарядов, как и для А1 , определяется формулой (2.11). Разность потенциалов линии и накопителя приемника deltaФи тоже является функцией заряда на этом накопителе. Посмотрим как в данном случае определяется F(Q). Во время всего процесса , в том числе и в его начале, потенциал на линии = Фи. Потенциал накопителя Фи2 в начале равен 0, но по мере притекания на него зарядов, которые проходят путь с линии через нагрузку, потенциал растет. Фи2 определяется формулой (2.14). Конечное его значение будет Фи. Для разности потенциалов или F(Q) должна быть справедлива следующая формула.
   (2.18) F(Q) = Фи - Фи2 = Фи - Q/C
   Элементарная работа dA2 определяется формулой (2.13). Подставим в нее только что полученное нами выражение для разности потенциалов, т.е. формулу (2.18). Получим:
   (2.19) dA2 = (Фи - Q/C) x dQ
   Для того чтобы получить работу А2, нам надо взять интеграл этого выражения в следующих пределах: нижний = 0 , а верхний равен максимальному (конечному) заряду, то есть Qmax = C х Фи. После соответствующих вычислений, которые здесь излишне приводить, получим :
   (2.20) А2 = Фи квадрат х С - Фи квадрат х С / 2
   Чтобы найти общую работу или энергию, выделившуюся на нагрузке за половину периода электропередачи (W2) подставляем значения А1 и А2 в формулу (2.12). Получим:
   (2.21) W2 = Фи квадрат х с + Фи квадрат х С / 2 + Фи квадрат х С - Фи квадрат х С / 2 = 2 х Фи квадрат х С
   Сравним эту формулу с формулой (2.1) для первого способа и увидим , что энергия полученная объектом токоснабжения за половину периода при втором способе выросла в 4 раза. Можем записать.
   (2.22) W2 = 4 x W1
   Так как все остальное в расчете мощности остается прежним, то можно записать, что мощность (P2) тоже выросла в 4 раза. Кроме того, при втором способе мы получаем 'бонус' - не нужно иметь два накопителя на приемнике, достаточно одного и того же размера.
   (2.23) P2 = 4 x P1
   Мы можем написать для второго способа формулу аналогичную формуле (2.10), только возрастание мощности учтем в коэффициенте. К2 = 4 х К1 или приблизительно равен 4.44 х 10 в минус 10 степени. Итак, мошность для второго способа выражается формулой :
   (2.24) Р2 = К2 х f(d, эпсилон) x ню x R х Фи квадрат
  
   ГЛАВА 3. КПД ОДНОПРОВОДНОЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И ВОЗМОЖНАЯ ЗАЩИТА ОТ ИЗЛУЧЕНИЯ.
  
   КПД электропередачи можно определить следующим образом:
   КПД = (принятая мощность / мощность на входе линии) х 100%
   Введем обозначения:
   Рпр. - принятая приемником мощность.
   Рпот. - потерянная в процессе токопередачи мощность.
   Мощность на входе линии = Рпр + Рпот
   Теперь выражение для КПД можно переписать в следующем виде:
   (3.1) КПД = (Рпр /(Рпр + Рпот))х100%
   Для удобства вычисления, разделим числитель и знаменатель этой формулы на Рпр.
   (3.2) КПД = (1 / (1+Рпот / Рпр))х100%
   Обозначим отношение Рпот / Рпр как alfa ,
   alfa = Рпот / Рпр ,
   тогда формула (3.2) будет выглядеть следующим образом:
   (3.3) КПД = ( 1 / ( 1 + alfa) ) х 100%
   Мы видим, что изменение всей функции полностью зависит от изменений соотношения Рпот/ Рпр = alfa . Для обеспечения высокого КПД , alfa должно стремиться к 0, тогда КПД будет сто процентов.
   Как вычислять Рпр (мощность получаемую приемником объекта) мы установили в главах 2 и 5, можно посмотреть формулы (2.10) , (2.24) и (5.26). Что же касается Рпот , то здесь мы можем руководствоваться седующими положениями.
   а) Потери на коронный разряд и утечку электронов. Ввиду относительно низкого напряжения на линии (мы ввели это ограничение из соображений техники безопасности), коронный разряд невозможен, а утечка электонов весьма незначительна и эти потери можно не принимать во внимание.
   б) Потери на нагревание провода - практически отсутствуют, так как он не оказывает сопротивления движению электрических зарядов. Об этом уже неоднократно говорилось выше.
   в) Потери на механическую осциляцию проводника.(отталкивание от магнитного поля Земли). Отталкивание от магнитного поля Земли, можно не принимать во внимание (ведь токи небольшие) ввиду их незначительности.
   г) Потери на излучение электромагнитных волн.
   Это основные потери мощности при данном способе электропередачи.
   Всякий провод с переменным током излучает электромагнитные волны, причем с возрастанием частоты энергия излучаемых волн резко увеличивается (пропорционально квадрату частоты). Электромагнитные волны безвозвратно уходят от провода, и поэтому расход энергии на излучение волн представляют собой потери при электропередаче. Излучаемая энергия зависит от амплитуды (силы тока) и частоты электропередачи а также от длины проводника.
   Полная средняя мощность, излучаемая отрезком проводника с током (короткая антенна), ее длина (L) намного меньше длины волны , равна [12] :
   Nср = (Мю нулевое х L квадрат х Омега в квадрате х I нулевое в квадрате) / (12 х Пи х С),
   где
   Мю нулевое - магнитная постоянная
   Мю нулевое = 4 х Пи х 10 в минус 7 степени
   Пи - константа = 3.14
   Омега - частота
   I - максимальный ток
   C - скорость света.
   Подставив в эту формулу значения коофициентов и скорости света, и учтя, что Nср. = Pпот. , а частоту у нас в статье было принято обозначать как ню , можно ее переписать в следующем виде:
   (3.5) Pпот. = 1.11 x 10 в минус 16 степени x L квадрат х ню в квадрате х I в квадрате
  
   ВЫВЕДЕМ ФОРМУЛУ ДЛЯ ALFA ПРИ ВТОРОМ СПОСОБЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
  
   Приведем здесь мощность получаемую приемником объекта Рпр. Для второго способа электропередачи, мы вывели формулу для нее в главе 2 , это формула (2.24)
   (2.24) Р2 = К2 х f(d, эпсилон) x ню x R х Фи квадрат
   где
   f - функция, с параметрами: d - толщина оболочки накопителя приемника, эпсилон - диэлектрическая проницаемость материала из которого изготовлена оболочка. f > 1.
   R - радиус накопителя приемника
   Фи - потенциал на линии передачи
   К2 приблизительно равен 4.44 х 10 в минус 10 степени. (К2 =4 х К1)
   Заменим здесь Р2 на Рпр. , тогда формула (2.24) примет следующий вид:
   (3.6) Рпр. = K2 х f(d, эпсилон) x ню x R х Фи квадрат
   Для того чтобы написать отношение формул (3.5) и (3.6), надо привести их к единообразию. Для этого ток I в формуле (3.5) выразим через другие параметры.
   (3.7) I = Q/(T/2) ,
   Где Т - период электропередачи (изменения потенциала линии). Поскольку частота ню = 1/Т, формулу (3.7) можно переписать в следующем виде.
   (3.8) I = 2 х ню х Q
   Q можно выразить через емкость накопителя приемника и потенциал на линии электропередачи.
   (3.9) Q = C x Фи
   здеcь С = К1 х f(d, эпсилон) x R (cмотри Гл.2 формулы ( 2.9 )и (2.10))
   перепишем формулу (3.8).
   (3.10) I= 2 x К1 х ню х f(d, эпсилон) x R x Фи
   Подставим выведенное значение для I в формулу (3.5). Получим
   (3.11) Pпот. = 1.11 х 10 в минус 16 степени х L квадрат х ню в четвертой степени х 4 х К1 х К1 х f(d, эпсилон) х f(d, эпсилон) х R x R x Фи х Фи
   Вспомнив, что К2 = 4 х К1 , приведем здесь формулу для принятой мощности, преобразованную формулу (3.6) :
   (3.12) Рпр. = 4 х К1 х f(d, эпсилон) x ню x R х Фи квадрат
   Теперь можно написать формулу для alfa, которая будет являться отношением правых частей формул (3.11) и (3.12).
   (3.13) alfa = Рпот / Рпр = К1 х 1.11 x 10 в минус 16 степени х L квадрат х ню в третьей степени х f(d, эпсилон) х R
   Подставим сюда значение для К1 = 1.11 х 10 в минус 10 степени.
  
   (3.14) alfa = 1.23 x 10 в минус 26 степени х L квадрат х ню в третьей степени х f(d, эпсилон) х R
  
   ВЫВЕДЕМ ФОРМУЛУ ДЛЯ ALFA ПРИ ТРЕТЬЕМ СПОСОБЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
  
   Здесь I для формулы (3.5) будет определяться следующим образом.
   (3.15) I = 2 х ню х Q эта формула аналогична формуе (3.8) для второго способа, но Q для третьего способа определяется иначе.
   (3.16) Q= С х (Фи м + Фи л) ,
   где Фи м - потенциал заряжающего устройства (эдектрофорной машины),
   а Фи л - потенциал на линии электропередачи (соответствует Фи для второго способа), формулы для емкости аналогичны
   С = К1 х f(d, эпсилон)х R
   Напишем выражение дя тока :
   (3.17) I = 2 x К1 x ню х f(d, эпсилон)х R x (Фи м + Фи л)
   Подставим эту формулу в выражение для потерянной мощности - формулу (3.5). Получим:
   (3.18) Pпот. = 1.11 x 10 в минус 16 степени x L квадрат х ню в четвертой степени х 4 x К1 в квадрате х f(d, эпсилон) в квадрате х R в квадрате x (Фи м + Фи л) в квадрате
   Теперь приведем здесь мощность получаемую приемником объекта Рпр. Для третьего способа электропередачи, мы вывели формулу для нее в главе 5 , это формула (5.26)
   (5.26) Pпр = 2 x Ню x К1 х f(d, эпсилон)х R x Фи л х (Фи м +Фи л)
   Теперь можно написать формулу для alfa, которая будет являться отношением правых частей формул (3.18) и (5.26).
   (3.19) alfa = Рпот / Рпр = 2 х К1 х 1.11 x 10 в минус 16 степени х L квадрат х ню в третьей степених х f(d, эпсилон) х R х (Фи м +Фи л) / Фи л
   Подставим сюда значение для К1 = 1.11 х 10 в минус 10 степени.
  
   (3.20) alfa = 2.46 x 10 в минус 26 степени х L квадрат х ню в третьей степени х f(d, эпсилон) х R х (Фи м +Фи л) / Фи л
  
   Поскольку третий способ однопроводной передачи требует электростатическую машину, аккумулятор и мотор постоянного тока в составе приемника, то мы должны также учесть и их КПД. А так как КПД аккумулятора и мотора достаточно низкие, в среднем 85 и 83 процентов соответственно, то имено они, а не вычисленный нами КПД на основе потерь на излучение и будут определять КПД третьего способа электропередачи. Мы это увидим, рассматривая расчет приведенного в этой главе примера.
  
   Средние значения:
   КПД мотора постоянного тока = 83%
   КПД аккумулятора = 85%
   КПД электростатической машины - не удалось найти значение в литературе. Однако что хочу заметить: если не учитывать трение щеток (в большой машине- это мизер), то основные потери пойдут на трение дисков о воздух. Утечки зарядов будут небольшими из-за предусмотренной изоляции накопителей. Никаких тормозящих силовых полей в машине нет, поэтому КПД будет высоким.
  
   Вспомним предварительное условие данных расчетов: L должно быть много меньше длины излучаемой волны.
   Приведем здесь таблицу длин волн (VL) и соответствующих им частот (Fr). VL и Fr связаны следующим соотношением: Fr = c/VL , где С - скорость света.
   Fr , Hz -------------------------- VL , m
   100 Hz --------------------- 3 000 000 m
   1000 Hz (1 KHz ) ------------- ------- 300 000 m
   10000 Hz (10 KHz ) --------------- ---- --- 30 000 m
   100000 Hz (100 KHz) ------------------ --- --- 3 000 m
   1000000 Hz (1 MHz) ------------------ - --- -- 300 m
  
   ПРИМЕРЫ.
  
   Пример N1
   Допустим у нас имеется рабочее помещение с роботами , получающими электрическую энергию для своей работы. Использовать будем третий способ электропередачи. Помещение оборудовано электропроводящим полом, а сами роботы содержат электроприемник и электросъемный контакт, соприкасающийся с полом. Пол имеет размеры 100 х 100 m. Передатчики будут находиться по краям пола. Тогда L max = 100m. Чтобы соблюсти вышеприведенное условие, т.е. L (длина антенны) должна быть много меньше длины излучаемой волны- VL. Примем, что VL min = 1000m (больше L max на порядок). Вычислим Fr max = 300 kHz. Пусть геометрические размеры накопителей зарядов у роботов будут реальны и составят 1м в диаметре. Используем существующую на сегодняшний день электростатическую машину Вимшурста. Электрический потенциал на накопителях приемника (с изоляционной оболочкой) будет равен потенциалу на этой машине и составит 300 кВ. Напряжение на линии электропередачи (а это пол) мы договорились использовать только безопасное для жизни и равное 220 В.
   Ответим на следующие вопросы: 1) Какую максимальную мощность можно передать каждому роботу. 2) Какой К.П.Д. будет на линии электропередачи.
   Для ответа на первый вопрос воспользуемся формулой выведенной нами в Гл.5 , определяющей мощность, передаваемую при третьем способе электропередачи. Это формула (5.26)
   (5.26) P3 = 2 x Ню x К1 х f(d, эпсилон)х R x Фл х (Фм +Фл)
   Где:
   К1 - коэффициент, приближенно равный (так как не все накопители приемников будут правильной шарообразной формы) 4 х Пи х эпсилум нулевое. K1 приблизительно равно = 1.11 х10 в минус 10 степени.
   f - функция, с параметрами: d - толщина оболочки накопителя приемника, эпсилон - диэлектрическая проницаемость материала из которого изготовлена оболочка. f > 1.
   R -радиус накопителя. В нашем примере он равен 0.5 м.
   Фл - потенциал на линии передачи (абсолютная его величина) , в данном случае, равный 220В.
   Фм -потенциал на электростатической машине или каком либо другом устройстве приемника объекта, осуществляющем подзарядку его накопителей (тоже его абсолютное значение). В данном примере равный 300кВ.
   Ню - частота , равная Fr max = 300 kHz.
   Подставим эти значения в формулу. Получим Р3 = 2199.4 Вт или примерно 3 лошадинных силы. Т.е. мы сумеем передать роботам достаточную мощность.
   Теперь сравним, что бы было, если бы мы воспользовались вторым способом электропередачи. Формулу для передаваемой мощности для этого способа мы вывели в Гл.2 . Это формула (2.24).
   (2.24) Р2 = К2 х f(d, эпсилон) x ню x R х Фи квадрат
   Здесь
   К2 = 4 х К1 или приблизительно равен 4.44 х 10 в минус 10 степени.
   Фи = Фл = 220 В
   Ню и R такие же, как и в предыдущем расчете.
   Подставим эти значения в формулу. Получим Р2 = 3.22 Вт , т.е. несравненно меньшую передаваемую мощность.
  
   ГЛАВА 4. ПУТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ПЕРЕДАВАЕМОЙ МОЩНОСТИ.
  
   Цель- создать мощную, безопасную для человеческого организма однопроводную электропередачу при небольших размерах токоприемника и при высокой К.П.Д. и дешевизне.
  
   В Главе 2 была выведена формула мощности. Частота и потенциал повышают мощность, но, как было уже указано, есть ограничения. Высокая частота снижает К.П.Д., создает сильное электромагнитное излучение и помехи, а большой потенциал на линии может привести к смертельному поражению током. В каждом конкретном случае надо определить максимальный потенциал на линии и максимальную частоту передачи. В некоторых случаях мы будем готовы пожертвовать высоким К.П.Д. ради повышения мощности передачи. Скажем, если линия идет по тайге или по пустыне, то и потенциал можно повысить , помехи от высокой частоты и электромагнитное излучение не нанесут большого вреда, если установить предупреждающие знаки. А вот в городе все по другому. В некоторых случаях, скажем для электротранспорта передающая линия должна быть вообще не изолирована из-за токосъемников , соответственно и потенциал должен быть безопасным. Если линия передачи очень длинная, то слишком высокая частота может привести к тому, что заряды не будут за половину полупериода успевать доходить до накопителя/лей приемника, так как длинный провод имеет индуктивность, которая будет работать на запаздывание.Это можно объяснить с точки зрения теории электрического колебательного контура. В данном случае мы имеем последовательный колебательный контур с определенной собственной частотой, определяемой значениями емкости и индуктивности. Емкость-это емкость накопителя (зависит от геометрических размеров), а индуктивность определяется длиной провода (линии). Известно , что наибольшая амплитуда будет, когда вынужденная частота (частота генератора передатчика) будет равна собственной частоте контура, определяемой формулой Томсона. При вынужденной частоте больше собственной, значение передаваемого тока уменьшиться. А длинный провод обладает большой индуктивностью и уменьшит собственную частоту. При обычной же токопередаче на небольшие расстояния и при небольших геометрических размерах накопителей мы все время 'не дотягиваем' до собственнойчастоты контура, поэтому с увеличением частоты и растет передаваемая мощность, как это было показано ранее в Главе 2.
   Емкость накопителя/лей, а следовательно и мощность передачи, повысится, если окружить его/их изолирующей оболочкой с большим коэффйциентом диэлектрической проницаемости (эпсилон). В каждом конкретном случае определяем какой материал, твердый или жидкий нам подойдет, в зависимости от дороговизны, технических возможностей выполнения и требуемых изолирующих свойств.
   Возможно использование различных физических эффектов и устройств для увеличения количества зарядов, принимаемых за полупериод. По мнению автора, подходит эффект Холла (у автора имеется даже план эксперимента в этой области) и 'остановка раскрученной катушки' - как это было впервые применено в опытах Л.И. Мандельштама и Н.Д. Папалекси, а впоследствии в опытах Р.Ч. Толмена и Т.Д. Стюарта.
   У автора замыслены еще несколько улучшений электропередачи (повышение мощности), которые нуждаются в экспериментальной проверке. Например применение поли-каскадных схем.
   Кроме того, есть еще одна опция -применить 'третий способ электропередачи', хотя он и более сложный для технической реализации в устройствах, чем первые два.
  
   ГЛАВА 5. ТРЕТИЙ СПОСОБ ОДНОПРОВОДНОЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
  
   Идея заключается в том, чтобы при малых (удобных) геометрических размерах накопителя/лей приемника он/они размещали бы за половину периода большое количество зарядов, гораздо большее, чем он/они могут разместить при безопасном потенциале на линии. Причем, потенциалы на объекте могут быть и значительно больше ,чем на линии. Это допустимо с точки зрения техники безопасности. Так как небольшое устройство приемника можно тщательно заизолировать - это маленькое пространство. А вот всю линию передачи очень сложно, да и в некотрых применениях, как было указано выше, она как раз и должна быть без изоляции. Это большое количество зарядов будет 'прокачиваться' через нагрузку, направляясь к линии передачи, несущей противоположный заряд, и, несмотря на то, что мы затратим энергию на первоначальную зарядку накопителя/лей, общая полученная на нагрузке/ках энергия будет большей, чем при первых двух способах.
   ОПРЕДЕЛИМ ЭТОТ СПОСОБ ТАК - подача зарядов к объекту при безопасном потенциале на линии к предварительно заряженным до более высокого потенциала накопителям объекта через нагрузки (находящиеся на объекте), причем заряды на накопителях должны быть противоположного знака, по отношению к передаваемым.
   Этот способ был представлен еще в работе [1], но был тогда недостаточно хорошо разъяснен. Для того, чтобы понять как он работает, давайте решим небольшую физическую задачу, она представлена на Рис. 6.
  
    []
  
   УСЛОВИЯ:
  
   Внутри передатчика (1) находится проводящий шар (3) очень большого размера, радиус которого обозначим (R1). На нем находится очень много электрических зарядов, и он заряжен до потенциала (Фи1). Это небольшой потенциал и он не смертельно опасен для человеческого организма. Далее, передатчик одним проводником связан с приемником (2), внутри которого тоже находится проводящий шар (4), но уже весьма скромных размеров, удобных ,скажем, для перемещающегося объекта токоснабжения. Он через выключатель (5) и через нагрузку (Z) связан с линией. Радиус этого шара обозначим (R2 ). Мы можем написать, что радиус (R1) намного больше (R2). Выключатель пока что разомкнут. Шар приемника предварительно заряжен до потенциала (Фи2). Причем этот потенциал очень высок и намного больше по модулю, чем потенциал (Фи1). Я думаю, что имеет смысл заряжать этот шар (4) при помощи электростатической машины*. Заряды на шаре приемника (4) противоположны по знаку зарядам шара передатчика (3). Предварительно зарядив шар приемника(4) мы потратили энергию (Wzero). Теперь замыкаем выключатель (5). Что произойдет? Автор полагает, что все заряды с шара (4) через нагрузку (Z) перетекут по линии передачи на шар (3). Причем, потенциал на шаре (3) и на линии практически не изменится, так как шар большой и имеет много зарядов. Ведь потенциал конденсатора, как известно, определяется формулой:
   (5.1) Фи = Q/C ,
   где Q - количество зарядов, а С - емкость.
   Так как мы выбрали шар больших геометрических размеров (большое R), он имеет большую емкость (ведь C = 4 х Пи х эпсилон х эпсилон нулевое х R) и у него большое количество зарядов. Следовательно, небольшое прибавление или убавление зарядов ,которое нужно для 'работы' с шаром (4) не сможет сильно повлиять на потенциал шара а ,следовательно, и линии. Так оно и будет у реального передатчика,так как аннигиляция зарядов , которые в данный момент на линии, от поступления на линию зарядов другого знака, все время компенсируется подачей на линию зарядов от генератора. Затем часть зарядов с шара (3), опять таки, по линии передачи и через нагрузку (Z) перетекут на шар (4) до установления эквипотенциальной поверхности. Т.е. до тех пор пока потенциал на шаре (4) не будет равен потенциалу на шаре (3) и на линии. Потенциал на шаре (3) и на линии как прежде - не изменится. Несмотря на то, что я говорю здесь о двух стадиях процесса, на самом деле, с точки зрения перемещения электронов - он будет непрерывным, и электроны будут течь только в одну сторону. Это просто вопрос определений знаков заряда. Время берем половину периода и оно более чем достаточно для описываемого процесса. На нагрузке Z в результате протекания электронов выделится некоторая энергия**. обозначим ее (Wz).
  
   ВОПРОС N1: Будет ли энергия выделившаяся на нагрузке (Wz) больше первоначально затраченной при заряде накопителя объекта (Wzero)? И если будет, то насколько? Разницу энергий обозначим (deltaW).
  
   ВОПРОС N2: Найти (W3) - это энергия, получаемая объектом за половину полупериода при таком способе электропередачи, за вычетом первоначально затраченной (Wzero), и соотнести ее с энергией, получаемой за тоже время при втором способе электропередачи (W2) (он более мощный, чем первый) на накопителе такого же размера (R2),т.е. той же емкости (C2), и с тем же потенциалом на линии (Фи1) . Это все равно, что говорить о сравнении мощностей.
  
   РЕШЕНИЕ АВТОРА:
   Приводимый ниже расчет, весьма похож на расчет мощности для второго способа электропередачи, приведенный в Гл.2.
   Работа (A) по перемещению зарядов (Q) в электрическом поле определяется формулой:
   (5.2) A = Q x deltaФи ,
   где deltaФи - разность потенциалов шара (4) и линии.
   В начале на линии и на шаре (4) потенциалы разного знака Фи1 и Фи2 . Разность потенциалов deltaФи= Фи1-(-Фи2)=Фи1 + Фи2 . Но, по мере утечки зарядов с шара (4) и прохождения их через нагрузку (Z), потенциал на шаре (Фи2) изменяется, поэтому deltaФи является функцией количества зарядов на шаре (4). Запишем это так: deltaФи = F(Q)
   С точки зрения энергетики процесс прохождения электронов через нагрузку можно разделить на две стадии. Первая стадия, где будет совершаться работа (А1) - это перемещение всех зарядов с шара (4) приемника (предположим отрицательных) через нагрузку (Z) на линию электропередач. Этот процесс происходит до полного исчезновения зарядов этого знака на шаре (4) и ,в соответствии с этим, превращения его потенциала в нулевой. Вторая стадия, где будет совершаться работа (А2) - это прохождение через нагрузку (Z ) зарядов с линии (в нашем примере положительных) на накопитель приемника - шар (4) до установления на нем потенциала (положительного) равного потенциалу линии Фи1. Таким образом, общая работа или энергия (что в данном случае одно и то же), выделяющаяся за половину периода на нагрузке:
   (5.3) Wz = A1 + A2
   ПОПРОБУЕМ РАССЧИТАТЬ РАБОТУ А1.
   Элементарная работа (ее дифференциал) будет равна произведению разности потенциалов deltaФи на элементарный заряд (дифференциал Q).
   (5.4) dA1 = deltaФи(Q) x dQ = F(Q) x dQ
   Как уже было отмеченно выше, разность потенциалов является функцией от заряда на накопителе F(Q). Посмотрим как эту функцию можно выразить. С утечкой зарядов через нагрузку она уменьшается. Потенциал на накопителе (Фи2) определяется следующей формулой.
   (5.5) Фи2 = Q/C2 , тогда
   (5.6) F(Q) = Фи1 - (-Фи2) = Фи1 + Фи2 = Фи1 + Q/C2
   Подставим это выражение в формулу (2.13-5.4), получим:
   (5.7) dA1 = (Фи1 + Q/C2) x dQ
   Для того чтобы получить работу А1, нам надо взять интеграл этого выражения в следующих пределах: нижний = 0 , а верхний, равен максимальному (первоначальному) заряду, то есть Qmax = C2 х Фи2. После соответствующих вычислений, которые здесь излишне приводить, получим :
   (5.8) A1 = Фи1 х Фи2 х С2 + Фи2 квадрат х С2 / 2
   ТЕПЕРЬ ПОПРОБУЕМ ВЫЧИСЛИТЬ А2.
   Работа или энергия по перемещению зарядов, как и для А1 , определяется формулой (5.2). Разность потенциалов линии и накопителя приемника deltaФи тоже является функцией заряда на этом накопителе. Посмотрим как в данном случае определяется F(Q). Во время всего процесса , в том числе и в его начале, потенциал на линии = Фи1. Потенциал накопителя Фи2 в начале равен 0, но по мере притекания на него зарядов, которые проходят путь с линии через нагрузку, потенциал растет. Фи2 определяется формулой (5.5). Конечное его значение будет Фи1. Для разности потенциалов или F(Q) должна быть справедлива следующая формула.
   (5.9) F(Q) = Фи1 - Фи2 = Фи1 - Q/C2
   Элементарная работа dA2 определяется формулой (5.4). Подставим в нее только что полученное нами выражение для разности потенциалов, т.е. формулу (5.9). Получим:
   (5.10) dA2 = (Фи1 - Q/C2) x dQ
   Для того чтобы получить работу А2, нам надо взять интеграл этого выражения в следующих пределах: нижний = 0 , а верхний равен максимальному (конечному) заряду, то есть Qmax = C2 х Фи1. После соответствующих вычислений, которые здесь излишне приводить, получим :
   (5.11) А2 = Фи1 квадрат х С2 - Фи1 квадрат х С2 / 2 = Фи1 квадрат х С2 / 2
   Чтобы найти общую работу или энергию, выделившуюся на нагрузке за половину периода электропередачи (Wz) подставляем значения А1 и А2 в формулу (5.3). Получим:
   (5.12) Wz = Фи1 х Фи2 х С2 + Фи2 квадрат х С2 / 2 + Фи1 квадрат х С2 / 2
  
   ТЕПЕРЬ ПОСТАРАЕМСЯ НАЙТИ ОТВЕТ НА ВОПРОС N1.
   (5.13) Wzero = Фи2 квадрат x C2 / 2
   (5.14) deltaW = Wz - Wzero
   Подставим в формулу (5.14) выражения для Wz и для Wzero, получим:
   (5.15) deltaW = Фи1 х Фи2 х С2 + Фи1 квадрат х С2 / 2
   Мы видим , что мы выиграли в энергии, причем достаточно значительно, так как потенциал Фи2 можно сделать весьма высоким, так как компактные средства выработки (например электростатические машины***) - имеются, и средства изоляции**** -то же.
  
   ОТВЕТИМ НА ВОПРОС N2.
   Рассмотрим энергию, которую получит объект токоснабжения в нашей задаче (при третьем способе электропередачи) за половину периода электропередачи. Мы ее выше обозначили как W3. Одну составляющую W3 мы уже нашли - это deltaW - энергия выделившаяся на нагрузке, за вычетом первоначально затраченной энергии на зарядку накопителя. Кроме того, накопитель приемника , получив заряд от линии передач (в конце процесса) и следовательно приобретя потенциал Фи1, получает некоторый энергетический статус, т.е. потенциальную энергию Wp, которую мы тоже должны учесть при подсчете полной энергии W3, получаемой приемником. Позднее, при рассмотрении вопроса обеспечения непрерывности электропередачи при третьем способе, будет объяснено, как эту энергию использовать. Итак, (5.16) W3 = deltaW + Wp
   найдем Wp по формуле вычисления энергии заряженного конденсатора :
   (5.17) Wp = Фи1 квадрат x C2 / 2
   Подставим найденные выражения для deltaW и для Wp в формулу (5.16). Получим: (5.18) W3 = Фи1 х Фи2 х С2 + Фи1 квадрат х С2 / 2 + Фи1 квадрат x C2 / 2
   а после преобразования:
   (5.18) W3 = Фи1 х Фи2 х С2 + Фи1 квадрат х С2
   Сравним это выражение с энергией , полученной приемником при втором способе электропередачи за половину периода - W2. Формулу для W2 мы поучили в Гл. 2. Это формула - (2.21). Фи в ней можно заменить на Фи1, а С на С2. Итак:
   (2.21) W2 = 2 х Фи1 квадрат х С2
   Для того чтобы сравнить энергии W3 и W2, введем показатель - n. Эта величина показывает, во сколько раз потенциал предварительно заряженного накопителя приемника - Фи2 больше потенциала на линии - Фи1. Мы можем написать :
   (5.19) Фи2 = n x Фи1
   Подставим таким образом найденное выражение для Фи2 в формулу (5.18). Получим :
   (5.20) W3 = n x Фи1 квадрат х С2 + Фи1 квадрат х С2
   и после преобразования:
   (5.20) W3= (n+1) х Фи1 квадрат х С2
   Теперь можно посмотреть, чему будет равно отношение W3 к W2 ?
   (5.21) W3 / W2 = [(n+1) х Фи1 квадрат х С2] / [2 х Фи1 квадрат х С2] после сокращения:
   (5.21) W3/W2 = (n+1) / 2
  
   ОТВЕТ НА ВОПРОС N1:
   deltaW = Фи1 х Фи2 х С2 + Фи1 квадрат х С2 / 2
  
   ОТВЕТ НА ВОПРОС N2:
   W3 / W2 = (n+1) / 2 ,
   где n = Фи2 / Фи1
  
   ВЫВОД:
   При третьем способе однопроводной передачи, мощность получаемая приемником возрастет почти в тысячу раз по сравнению с первыми двумя способами. Так, если взять потенциал получаемый на электростатической машине Вимшурста = 300 кВ - это будет Фи2 и потенциал на линии = 200 В - это будет Фи1 (безопасный для человеческой жизни потенциал, по общепринятым канонам), то n составит 1.5 x 1000, а отношение W3 к W2 по формуле (5.21) будет равно приблизительно 750. Но машина Вимшурста - это еще не предел совершенства. Перед человечеством просто еще не ставилась такая задача - создать электростатическую машину, вырабатывающую максимальное напряжение при минимальных размерах. Так что, до увеличения мощности в тысячу раз вполне можно дойти.
  
   ОБЕСПЕЧЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОСТИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
  
    []
  
   На схеме (Рис.7) отображен только объект токоснабжения и подходящий к нему отрезок линии однопроводной передачи (1). Передатчик остается таким же, каким он был при первом и втором способах электропередачи (см.Рис.1-5). В этой схеме нельзя ставить диодную вилку на входе объекта токоснабжения как при первом способе (см. Рис.4) - замкнутся друг на друга предварительно заряжаемые накопители (6 и 7) объекта. Правда, через нагрузки (4 и 5), но зарядов так они не накопят, и потеряют свои потенциалы, а нам, при данном способе, необходимо, чтобы у них было много зарядов при больших потенциалах. Поэтому будем пользоваться управляемыми выключателями (2 и 3). Нагрузки (8 и 9) между выводами электростатической машины (12) и накопителями объекта (6 и 7) нужны, чтобы использовать энергию Wp, образовавшуюся в результате заряда накопителей зарядами противоположного знака (по отношению к клеммам электростатической машины) в конце времени подключения каждого из них к линии электропередачи. Эта энергия будет использоваться когда накопитель отключен от линии передачи и подключен для зарядки к электростатической машине при помощи управляемого выключателя (10 или 11).
   Что происходит в первый период электропередачи мы уже подробно обсудили выше при решении задачи (см. также Рис.6).
   Для обеспечения непрерывной электропередачи, на объекте токоснабжения (см.Рис.7) находится второй накопитель (лучшая форма-шар), предварительно заряженный электрическими зарядами другого знака, чем первый, и во вторую половину периода будем переключать линию передачи уже на него через другую нагрузку (4 или 5). А на самой линии передачи уже тоже сменится знак заряда, из-за подключения другого шара передатчика (или работы генератора). И в этом полупериоде тоже все будет происходить как в рассмотренной задаче. В ту часть периода, когда какой либо накопитель объекта будет отключен от линии, он будет заряжаться на самом объекте при помощи , скажем электростатической машины или другого устройства, но вначале этого полупериода он отдаст свой заряд, оставшийся от предыдущего полупериода, через соответствующую нагрузку (8 или 9), соединяющую его с зарядным устройством. При этом энергетический статус, полученный им от линии передач при предыдущем полупериоде (Wp) будет использован через эту нагрузку. Если сравнивать этот процесс с зарядкой нейтрального накопителя, то да, действительно, часть зарядов идущих от электростатической машины, равная 'вместительности' накопителя приемника Q = C x Фи при потенциале линии = Фи1 будет аннигилирована и должна быть 'восстановлена' электростатической машиной. Это конечно потребует дополнительной энергии (по сравнению с зарядкой нейтрального накопителя) от электростатической машины, но она будет 'нам возвращена' (правда с небольшими потерями, которые мы не учитываем в данном расчете) т.е. превратится в 'полезную', так как выделится на нагрузке, а с нагрузок мы берем энергию для возврата электростатической машине и на совершение полезной работы.
   Алгоритм работы управляемых (естественно автоматически) выключателей следующий: в первый полупериод замкнуты выключатели (2) и (11) и разомкнуты (3) и (10). А во второй - замкнуты (3) и (10) и разомкнуты (2) и (11). В третий полупериод - как в первый, а в четвертый - как во второй и т. д.
   При выборе оболочки для накопителей приемника при третьем способе, надо обращать внимание не только на диэлектрическую проницаемость материала, как при первых двух, но и на его электрическую прочность, так как будем иметь дело с высоким и опасным для жизни напряжением. Кроме того, надо посмотреть как будут вести себя эти свойства материала при планируемой частоте электропередачи (это касается и первых двух способов). Стоимость тоже надо учесть.
  
   ЭЛЕКТРОПРИЕМНИК ОБЪЕКТА ТОКОСНАБЖЕНИЯ, РАБОТАЮЩИЙ НА ТРЕТЬЕМ СПОСОБЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
  
    []
  
   РИС.8 СХЕМА ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКА ОБЪЕКТА ТОКОСНАБЖЕНИЯ, РАБОТАЮЩАЯ НА ТРЕТЬЕМ СПОСОБЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
   Подписи к Рис.8
   1- Объект токоснабжения.
   2- Потребитель электроэнергии на объекте.
   3- Блок определяющий знак зарядов на линии электропередачи.
   4- Устройство, определяющее знак зарядов на линии при помощи схемы однопроводной электропередачи.
   5- Управляющие электрические часы.
   6,7- Накопители зарядов объекта (основные).
   8,9- Изолирующие оболочки основных накопителей.
   10,11- Накопители зарядов электростатической машины.
   12,13- Изолирующие оболочки накопителей электростатической машины.
   14- Аккумуляторная батарея.
   15- Электростатическая машина.
   16- Поток энергии.
   17- Поток управляющих сигналов.
   Z1,Z2,Z3,Z4- Полезные нагрузки**.
   S1,S2,S3,S4- Управляемые выключатели.
  
   ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ОБЪЕКТ ПРИ НАЛИЧИИ ПОДОБНОГО ТОКОПРИЕМНИКА ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ.
  
   Генератор (G) поставляет на линию электропередачи заряды разного знака, в каждый полупериод разные, в один полупериод -плюсовые, в другой-минусовые. А так как он одним своим выводом подсоединен к буферному накопителю (в данном примере это Земля - заземление, отображенное на схеме), то эти заряды являются 'свободными', т.е. способными заполнять поверхность проводников. Против этого термина можно возразить, но как тогда отличить заряды , которые может поставить батарея или генератор в электрическую цепь, связывающую два их вывода, от зарядов , способных заполнять свободные проводники и взаимодействовать с такими же 'свободными' зарядами? В любой батарее или генераторе 'сторонние силы' разделяют заряды. Но с вывода обычной батареи или генератора они в состоянии течь только на другой вывод этого же устройства. Даже на вывод другой батареи с противоположным знаком они не потекут. И в Землю они не потекут просто так (при пустом втором выводе). Иначе дело обстоит с приведенным в схеме источником и с электростатическими машинами, в которых тоже действуют 'сторонние силы'. Получается, что наличие 'сторонних сил' для выработки 'свободных зарядов' -необходимое условие, но недостаточное, как говорят математики.
   На токоприемнике 1, к которому идет линия, существует Блок 3. Задача этого блока - определить какие заряды в данный полупериод находятся на линии. Если блок подключен к линии, то ему в этом помогает устройство-переключатель 4 (устройство 4 дано в качестве примера, на самом деле возможны и другие варианты, скажем, устройство состоящее из диодов, электроскопов и оптических датчиков- лепестки электроскопов будут пересекать лучи), работу которого мы рассмотрим позднее. Но он может и не быть подключенным, тогда знак зарядов определяется при помощи часов 5, которые синхронизированы с генератором. Второй задачей Блока 3 является выработка и посыл управляющих сигналов на управляемые выключатели (S1, S2, S3, S4). Прохождение управляющих сигналов на схеме условно обозначено потоком 17 (заштрихованные стрелки). Эти сигналы будут зависеть от того, какие заряды (по знаку) в данный полупериод на линии токоснабжения.
   На токоприемнике 1 находятся электростатическая машина 15 и ее накопители зарядов (10, 11) с изолирующими оболочками (для безопасности) (12,13), аккумулятор 14, мотор постоянного тока (М), для вращения диска электростатической машины. Все это 'хозяйство' нужно для того, чтобы получить больше свободных зарядов из линии электропередачи, находящейся под низким, безопасным для жизни напряжением. Мотор берет электроэнергию из аккумулятора , приводит в действие электростатическую машину и та заряжает свои накопители, один (скажем 10) положительными зарядами , а другой (скажем 11) отрицательными. Этот процесс идет постоянно во все время электропередачи, независимо от того, какие в данный полупериод заряды (положительные или отрицательные) на линии идущей к токоприемнику. Мыслится, что энергии получаемой на полезных нагрузках (Z1, Z2, Z3, Z4) вполне хватит и на подзарядку аккумулятора и на обеспечение потребителей энергии 2 объекта. Потоки энергии 16 обозначены на схеме незаштрихованными стрелками.
   Основными рабочими элементами токоприемника являются накопители зарядов (6 и 7) и вышеупомянутые полезные нагрузки (Z1, Z2, Z3, Z4). Накопители окружены оболочками (8 и 9). Эти оболочки имеют двойную функцию: повышать конденсаторные возможности накопителей, ведь диэлектрики из которых они состоят , если окружают проводник, то с успехом это делают, и изолировать накопители из соображений безопасности, так как на накопителях будет иногда высокое напряжение. Кстати, корпус всего токоприемника должен быть сделан из хорошего изоляционного материала, способного защитить человека от высоких напряжений.
   Заметим, что в начале любого полупериода один из накопителей объекта (6 или 7) должен быть полностью заряжен от накопителя электростатической машины (10 или 11) и иметь равный с ним высокий потенциал, а другой должен начинать заряжаться от другого накопителя через одну из полезных нагрузок (Z3 или Z4).
   Рассмотрим вначале 'отрицательный' полупериод. На линии отрицательный заряд, накопитель 6 заряжен положительно до потенциала электростатической машины (это 'наследство предыдущего 'положительного' полупериода), выключатель S1 открыт, выключатель S3 закрыт, выключатель S2 закрыт, выключатель S4 открыт. Что происходит? Накопитель 6 и линия взаимодействуют через нагрузку Z1, этот процесс был описан выше, на нагрузке выделяется энергия, она показана отходящей от нее незаштрихованной стрелкой. Энергия идет к потребителю энергии 2 объекта и на зарядку аккумулятора 14. В конце данного полупериода, накопитель 6 приобретет отрицательный заряд и потенциал линии и передаст это 'наследство' следующему, уже 'положительному', полупериоду электропередачи. Накопитель 7 в это же время взаимодействует с накопителем электростатической машины 11 через полезную нагрузку S4. На накопителе 7 положительный заряд и потенциал линии (доставшейся ему 'в наследство' от предыдущего 'положительного' полупериода) и в конце данного 'отрицательного' полупериода он зарядится от накопителя 11 отрицательно и приобретет потенциал электростатической машины. На нагрузке Z4 при этом будет выделяться энергия, которая пойдет на те же цели.
   Теперь на линии 'наступает' 'положительный' полупериод. Блок 3 это 'чувствует' и 'рассылает телеграммы' по заштрихованным стрелкам на управляемые выключатели. В результате S1 и S4 закрываются , а S2 и S3 - открываются. Накопитель 7, имея высокий отрицательный потенциал от прошлого полупериода взаимодействует с линией через полезную нагрузку Z2, в конце полупериода он приобретет положительный заряд и потенциал линии. А накопитель 6, имея отрицательный заряд и потенциал линии, взаимодействует с 'положительным' накопителем 10 электростатической машины через полезную нагрузку Z3. В конце этого полупериода он приобретет равный ему высокий положительный потенциал.
   Когда на линии снова 'наступит' 'отрицательный' полупериод, накопители объекта, будут иметь, описанное в самом начале 'наследство'. А Блок 3, 'разобравшись в ситуации', откроет S1 и S4 и закроет S2 и S3.
   И так далее все будет происходить циклически.
  
   ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ*****, ДЕЙСТВУЮЩИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЗНАКА ЗАРЯДОВ НА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
  
    []
  
   Рис.9
   Этот переключатель - устройство 4 из предыдущей схемы (Рис.8).
   1- корпус прибора.
   Sw- реле.
   C- накопитель зарядов.
   e.c.1- нормально замкнутый контакт.
   e.c.2- нормально разомкнутый контакт.
  
   Работа данного устройства осуществляется следующим образом.
   Как было уже указано выше, устройство 4 , входящее в блок 3 (схемы 8) должно обеспечивать распознавание знака зарядов, которые в данный момент находятся на линии однопроводной электропередачи, а также выработку и посыл управляющих сигналов на выключатели (S1, S2, S3, S4). Заряды с линии передачи поступают на клемму t1. После нее их ждет диодная вилка d2 - d1. Если заряды положительные, они , стремясь заполнить накопитель C, пройдут через диод d2 и обмотку реле Sw , включив это реле. Если заряды на линии отрицательные, то положительные заряды от накопителя C через диод d1 пойдут на линию (и аннигилируются с отрицательными зарядами линии) и минуют обмотку реле Sw. Реле Sw в этом полупериоде будет в отключенном состоянии - нет тока через обмотку.
   Таким образом, в зависимости от срабатывания или не срабатывания реле Sw происходит распознавание зарядов на линии.
   Итак:
   При '+' зарядах на линии электропередачи идущей к объекту, срабатывает реле Sw (ток проходит через его обмотку), замыкается его контакт е.с.2, который подает токи (управляющие сигналы) на обмотки реле выключателей S2 и S3, и, тем самым, включает их. Нормально замкнутый контакт е.с.1 при этом размыкается и прекращает течение токов (управляющих сигналов) через обмотки реле S1 и S4 и, тем самым, отключает их.
   При '-' зарядах на линии электропередачи , реле Sw обесточено, замкнут контакт е.с.1. Он посылает управляющие токи на реле выключателей S1 и S4 и включает их. e.c.2 - разомкнут. Он прекращает течение токов в обмотках реле управляемых выключателей S2 и S3 и отключает их.
  
   ФОРМУЛА МОЩНОСТИ ДЛЯ ТРЕТЬЕГО СПОСОБА ОДНОПРОВОДНОЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
  
   Рассмотрим энергию, которую получит объект токоснабжения при третьем способе электропередачи за половину периода электропередачи. Мы ее уже нашли выше и написали для нее формулу (5.18) обозначив, как W3.
   (5.18) W3 = Фи1 х Фи2 х С2 + Фи1 квадрат х С2
   Теперь для большей простоты и ясности поменяем обозначения и поясним их. W3 заменим на А, Фи1 на Фл, Фи2 на Фм. С2 можно заменить просто на С.
   Перепишем с учетом новых обозначений формулу (5.18), теперь она станет формулой (5.22).
   (5.22) А= Фл х Фм х С + Фл квадрат х С ,
   или А= С х (Фл х Фм + Фл квадрат),
   или А= С х Фл х (Фм +Фл).
   Здесь :
   А - энергия, переданная объекту за половину периода частоты электропередачи. С- емкость одного из накопителей объекта (имеются два одинаковых накопителя).
   Фл - потенциал на линии передачи (абсолютная его величина).
   Фм -потенциал на электростатической машине или каком либо другом устройстве приемника объекта, осуществляющем подзарядку его накопителей (тоже его абсолютное значение).
   Чтобы найти мощность (обозначим ее P3), надо разделить работу (A)на время для которого мы нашли эту работу. Мы должны взять отрезок времени (t) равный полупериоду (t=T/2) частоты (Ню) переключений направления течения зарядов при однопроводной электропередаче. Напишем формулу.
   (5.23) P3 = A / t = A / (T/2) , но T = 1/Ню, поэтому, окончательно эта формула выглядит так:
   (5.23) P3 = 2 х Ню х А
   Подставим в эту формулу выражение для А (формулу 5.22). Получим:
   (5.24) P3 = 2 x Ню х С х Фл х (Фм +Фл).
   Выразим теперь емкость накопителя через другие параметры, как мы это делали для подсчета мощностей для первого и второго способов в Гл.2.
   (5.25) С = К1 х f(d, эпсилон)х R
   Где:
   К1 - коэффициент, приближенно равный (так как не все накопители приемников будут правильной шарообразной формы) 4 х Пи х эпсилум нулевое. K1 приблизительно равно = 1.11 х10 в минус 10 степени.
   f - функция, с параметрами: d - толщина оболочки накопителя приемника, эпсилон - диэлектрическая проницаемость материала из которого изготовлена оболочка. f > 1.
   R -радиус накопителя.
   Подставим эту формулу в выражение для мощности. Получим:
   (5.26) P3 = 2 x К1 х f(d, эпсилон)х Ню х R x Фл х (Фм +Фл)
   Сравним эту формулу с формулой выведенной нами во второй главе для мощности, передаваемой при втором способе электропередачи (формула 2.24).
   (2.24) Р2 = К2 х f(d, эпсилон) x Ню x R х Фи квадрат,
   где Фи -это потенциал на линии, т. е. это Фл в теперяшних обозначениях, а К2 = 4 х К1
   Мы теперь можем переписать формулу (2.24) в следующем виде
   (2.24) Р2 = 4 х К1 х f(d, эпсилон) x Ню x R х Фл х Фл
   и сравнить ее с формулой (5.26). Мы видим, что в формуле для третьего способа, один из сомножителей (Фл) заменен на (Фм+Фл). А так как Фм -это потенциал электростатической машины, и он намного выше Фл, то и передаваемая мощность для третьего способа будет намного выше.
  
   Возникает вопрос, почему при подсчете мощности электропередачи мы не учитывали потенциальную энергию Wp ,приобретенную накопителем в конце полупериода, при рассчете второго способа электропередачи так же как при третьем? - Потому что, эту потенциальную энергию, мы 'передавали' не используя в следующий полупериод (на том временном отрезке она приносила пользу). А здесь (в третьем способе) мы ее правда тоже передаем не используя в следуюший полупериод , но мы ее (вернее не ее, а равную ей) получаем на другом накопителе в тот же отрезок времени, т.е. в 'рассчетный' полупериод. Это энергия приобретается при начале зарядки от электростатической машины параллельного накопителя на соответствующей нагрузке (Z3 или Z4 см. Схему 8).
  
   Напомним,что расчет производится для низких частот электропередачи. Для высоких будут отличия. Основное в том, что геометрические размеры накопителей приемника перестанут влиять на принимаемую мощность, так как эти проводящие тела не будут успевать за полупериод заполняться зарядами. Это подтверждается в работе [10].
  
   ПРИМЕЧАНИЯ.
  
   * У автора имеется идея, как сделать электростатическую машину с миниатюрным механизмом, т.е. не занимающую много места на приемнике объекта токоснабжения и без трущихся щеток - коллекторов. Вообще-то, эта идея принадлежит Кирсанову Б.П., но автор этой статьи ее творчески развил, и усовершенствовал.
  
   ** Нагрузка, как это уже отмечалось в Главе 1, должна быть в виде обмотки мотора или трансформатора, так как из всех трех проявлений электрического тока (электромагнитное, тепловое, химическое) при однопроводной электропередаче гарантированно остается только одно - электромагнитное.
  
   *** Электростатическая машина Вимшурста, например, при небольших размерах дает 300 КВ
  
   **** Так например, электрическая прочность полиэтилена составляет 40 кВ / мм, а эбонита и фарфора 25 кВ / мм. Поэтому изоляция толщиной всего в пару см сможет защитить от пробоя при напряжениях вышеприведенной электростатической машины.
  
   ***** Если мы захотим при помощи приведенной выше установки определить знак заряда клеммы батареи или другого устройства, не являющегося (как описанная линия передачи) источником 'свободных' зарядов, следует второй вывод баттареи соединить с 'буферным' накопителем зарядов, т.е. с большим проводящим телом или с Землей.
  
   ГЛАВА 6. ПРОВЕДЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ.
  
    []
  
    []
  
   ГЛАВА 7. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ОДНОПРОВОДНОЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.
  Итак, мы увидели, что возможности передавать электричество по одному проводнику к изолированному объекту, пока еще слабые, но все же имеются. Теперь возникает главный вопрос - А ЗАЧЕМ ?
  Автор , в соответствии с его фантазией, может предложить следующие применения.
  1. Электроснабжение подвижных объектов, контактирующих с проводящей твердой поверхностью/жидкой средой.Это могут быть ,например, роботы со встроенными приемными устройствами , а пол машинного зала будет проводящим. Однопроводная электропередача не будет , в отличие от двухпроводной, ограничивать их подвижность. Не будет требоваться зарядка или смена аккумуляторов. Еще это могут быть транспортные средства на электропроводящем дорожном полотне. Напомню, что у меня вышла давно, еще в СССР, статья по этому вопросу [1]. Теперь, когда повсеместно в больших городах появляются отдельные дорожные полосы для общественного транспорта, это может быть актуально. Надо только сделать эти полосы электропроводящими (для человека, если только он не "заземлится" контакт с такой полосой не будет представлять большой опасности). Необязательно делать проводящей эту полосу по всей ширине, для маневров, не прерывающих электроконтакт токосъемника, достаточно будет внутри нее узкой полоски. Естесственно, что эти объекты токоснабжения должны иметь соответствующие токоприемники, где накопителями могут служить их токопроводящие корпуса или часть их. Помимо этого, для обеспечения электрического контакта должны быть токосъемники, представляющие собой, например, свободно поворачивающиеся токопроводящие колесики. Подвижными объектами токоснабжения могут быть также плавсредства в электролитической среде, включая соленую воду. Представим себе искусственный пруд с морской или подсоленной водой и с электроизолированным дном. По нему могут перемещаться лодки с электромоторами, обладающие соответствующими токоприемниками.
  2. Информационная электропередача, когда проводящую ток и информацию линию сложно заземлить или дублировать (обеспечивая второй проводник). Такие ситуации редки, но ,все же, иногда, могут встретиться. Тогда, имея соответствующее оборудование, при помощи такой электропередачи мы можем передать сигналы модулируя ее параметры.
  3. Можно попытаться использовать такой способ передачи электроэнергии и информации на монорельсовых дорогах.
  4. Электроснабжение цепеллинов, имеющих проводящие корпуса (колоссальные накопители зарядов) при помощи тонких кабелей, идущих с земли. Кабель для каждого цепеллина будет только один. И будет представять из себя тонкий провод, с коаксиальной проводящей оболочкой, предназначенной для предотвращения выхода наружу электромагнитного излучения, которое может быть вредно для всего живого и ,кроме того, будет создавать радиопомехи. Можно представить себе и обратную токопередачу, когда на цепеллине будут установлены по всей его поверхности солнечные батареи , а кабель, передающий выработанную энергию на землю, будет единичный тонкий провод с коаксиальной оболочкой, так как такой кабель будет легче и не потянет цепелин сильно вниз, в силу того что провод может быть очень тонким при однопроводной электропередаче.
  5. Передача электроэнергии по таким однопроводным линиям к изолированным объектам будет экономить металл электропроводов, и не потому что провод только один, ведь однопроводные линии, ведущие к заземленным объектам уже применяются, а из-за того, что провода можно будет сделать тонкими вседствие другого механизма проводимости, гипотеза действия которого приведена выше в Главе 1. Правда, в качестве приемных объектов надо будет строить здания больших размеров с проводящими корпусами, которые, впрочем, могут быть использованы в хозяйстве, скажем, в качестве складов. Провода, как было отмечено выше, следует взять в экранирующую оболочку. И ,даже несмотря на это, ввиду небольшого диаметра таких коаксиальных кабелей, и соответственно оболочки, экономия металла возможна.
   6. Передача электроэнергии/ информации по проводнику, имеющему зазоры. Это может быть как металлический проводник, так и прерывающаяся струя электролита. О возможности однопроводной электропередачи по несплошному проводнику можно прочесть в работе [4]. Кроме того, это подтверждается серией экспериментов ... данной работы.
   7. Передача электроэнергии/информации между двумя транспортными средствами при контакте их корпусов. Корпуса должны быть токопроводящими, но не по всей поверхности, а то мы столкнемся с эффектом "клетки Фарадея".
   8. Для медицины. Для приборов диагностики.
   9. Дезинфекция проводящих поверхностей. Никола Тесла открыл , что токи высокой частоты и под высоким напряжением имеют бактерицидное действие. Для некоторых проводящих поверхностей, особенно труднодоступных, движущихся и вращающихся, бактерицидная токопередача может оказаться более удобной именно по одному проводнику, а не по двум.
  
   ЛИТЕРАТУРА.
  1.Иоффе А. Ю. "Электрическое шоссе". Журнал "Изобретатель и Рационализатор". Номер 10 за 1989 год. Москва.
  2.Статья в интернете: Косинов Н. В. "ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧЕ ЭНЕРГИИ: ПОДТВЕРЖДЕНИЕ РЕВОЛЮЦИОННЫХ ИДЕЙ Н.ТЕСЛА" http://kosinov.314159.ru/kosinov31.htm
  3.Авраменко С.В. , Лисин В. Н. , Заев Н. Е. Однопроводная ЛЭП (fb2 ) Либрусек http://lib.rus.ec/b/209819/read
  4.http://loricsin.livejournal.com/70594.html
  5.А.Ю.Иоффе, Б.П.Кирсанов "Способ передачи электроэнергии" заявка на изобретение номер 3351879/11 159868 поданная в ВНИИГПЭ СССР 9 ноября 1981 года.
  6.А.Ю.Иоффе, Б.П.Кирсанов"Устройство для передачи электроэнергии" заявка на изобретение номер 3559986/07 033494 поданная в ВНИИГПЭ СССР 28 февраля 1983 года.
  7.Стребков Д.С., Некрасов A.M. Резонансные методы передачи электрической энергии. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004. - 188 с.
  8.Авраменко С.В. 1-проводная электропередача - фантазия или реальность? // Электричество и жизнь. - 2000. - N 3. - С.18-27. - Библиогр.: 8 назв.
  9.http://zaryad.com/tag/avramenko/
  10.https://geektimes.ru/post/81513/
  11.http://www.vitanar.narod.ru/AVR/AVR.htm
  12. Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов. Москва 1977г. (стр.574)
  
    []
  
    []
  
    []
  
  
Оценка: 1.00*2  Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com А.Ардова "Жена по ошибке"(Любовное фэнтези) Д.Сугралинов "Дисгардиум 3. Чумной мор"(ЛитРПГ) Д.Соул "Не все леди хотят замуж. Игра Шарлотты"(Любовное фэнтези) A.Delacruz "Real-Rpg. Ледяной Форпост"(Боевое фэнтези) E.The "Странная находка"(Киберпанк) Eo-one "Что доктор прописал"(Киберпанк) LitaWolf "Любить нельзя забыть"(Любовное фэнтези) А.Верт "Нет сигнала"(Научная фантастика) А.Минаева "Академия Алой короны. Обучение"(Боевое фэнтези) Л.Джейн "Чертоги разума. Книга 1. Изгнанник "(Антиутопия)
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
И.Мартин "Время.Ветер.Вода" А.Кейн, И.Саган "Дотянуться до престола" Э.Бланк "Атрионка.Сердце хамелеона" Д.Гельфер "Серые будни богов.Синтетические миры"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"