Идеальный аккумулятор энергии. Энергия разделенных зарядов. Увеличение инерционности маховиков.

on 12 May 2012.

 

    Мечта создателей экологического транспорта - идеальный аккумулятор энергии. Отсутствие вредных выбросов, бесшумность, большая энергоемкость, быстрая зарядка - вот требования, которые предъявляют производители. На сегодняшний день нет, к сожалению, достойной конкуренции двигателю внутреннего сгорания.

    Считается, что идеальный аккумулятор энергии должен иметь плотность энергии, соизмеримую с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) - 200-300 тысяч килограммометров на килограмм веса энергоустановки (2-3 млн. Дж/кг).

    Сейчас можно создать аккумулятор энергии, который не только сравняется с ДВС, но и многократно превзойдет его. Причем аккумулятор максимально простой!  Существующий, но не применяемый по назначению.

Теза (утверждение):

проводящий диск (цилиндр, маховик), вращающийся в магнитном поле, в  сотни и тысячи раз увеличивает свою инерционность.

Объяснение.

В проводнике, движущемся перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, наводится ЭДС (электродвижущая сила). И в диске, вращающемся в магнитном поле, наводится ЭДС между осью и периферией. Следовательно, происходило перемещение зарядов. На это тратилась энергия.

В момент начала движения диска в магнитном поле начинают  смещаться заряды. Будем для определенности считать, что направление движения диска и направление магнитного поля таковы, что происходит смещение электронов к краю диска. Направленное движение зарядов - это ток. Этот ток будет тормозить диск. (Движение проводника с током в магнитном поле - это явление реализуется).

Еще раз. В момент разгона диска электроны двигались от центра к периферии, по закону Джоуля-Ленца они тормозили диск (все сопротивляется своему изменению!).

При торможении диска электроны двигаются от периферии к оси и ускоряют диск, не дают ему тормозиться. В момент нуля скорости диска все заряды должны рассесться по своим местам! Но пока заряды есть и перемещаются, то они препятствуют торможению. Пока мы раскручивали диск в магнитном поле, мы тратили энергию, причем значительно большую, чем без магнитного поля. Мы не только механически ускоряли диск, но и разделяли заряды на диске.

      При торможении диска падают обороты, заряды стремятся соединиться, идет ток в магнитном поле, а это препятствует торможению.

     Итак, мы получили дополнительную силу инерции, препятствующую торможению диска. Энергия, накопленная во вращающемся в магнитном поле диске, может во много раз превышать механическую энергию. Это не инертная масса, это всего лишь нежелание вращающегося диска, находящегося в магнитном поле, тормозиться так, как непроводящее тело. Диск не стал тяжелей, но на нем появились заряды,  а перетекание их в магнитном поле способствует поддержанию вращения.

 

Расчеты.
Какую механическую энергию можно накопить в диске?
Eмех=Jw2/2,
где J - момент инерции, кгм2; w - угловая скорость вращения, рад/с 
J= МR2/2 , М - масса диска, кг; R-радиус диска, м.
Eмех=Jw2/2=MR2w2/4

Для диска массой 1 кг и радиусом 0,2 метра при круговой скорости 314 рад/с. (3000 об./мин) запасенная энергия

Е=1*(0,2)2*3142/4=0,04*98596/4=986 Дж 

Какую энергию можно накопить в диске, вращающемся в магнитном поле? (Назовем эту энергию электродинамической).

Исходя из самых общих соображений, можно оценить энергию, которую необходимо затратить на разделение зарядов Q при разнице потенциалов U. Эта же энергия выделится при торможении диска.

Eэм=QU/2               U=BLV, где В - магнитная индукция, Тесла; L - длина проводника, м; V - линейная скорость, м/с. Примем, что напряжение равно 10 В.

Пусть в атоме металла всего один электрон находится на последней орбите и может свободно перемещаться. Заряд электрона 1,6*10-19 Кулона. В одном моле 6,02*1023 атомов, материалом пусть служит  железо (ферромагнетик) молекулярный масса 0,056 кг, примем для упрощения, что валентность равна 1, хотя это и не так, тогда в одном килограмме вещества при достижении разницы потенциалов в 10 В запасется энергия

Eэм=QU/2=6.02*1023*1,6*10-19*10*1/(2*0,056)=8 600 000 Дж,

где Q=6,02*1023*1,6*10-19*NМ/m=9,63*104*1* 1 кг/0,056 кг=1 720 000 Кулон

М- масса образца, m-молекулярная масса, N-валентность материала.

 

Итак, механическая энергия ротора весом 1 кГ равна 986 Дж. Энергия этого же ротора в магнитном поле равна 8 660 000 Дж!

В Энциклопедии приводится конструкция лучшая - униполярный генератор (готовая реализация накопителя энергии) не диск, а цилиндр, и магнитное поле выходит через боковую поверхность цилиндра, где скорость максимальна. То есть, отказавшись сейчас напрочь от идеи накопления механической энергии, взяв за основу хорошо разработанный, рабочий униполярный генератор, приладив к нему привод, можно использовать его как идеальный аккумулятор.

1 — обмотки возбуждения; 2 — токосъёмное устройство; 3 — статор; 4 — якорь; 5 — ось вращения вала генератора; 6 — внешняя нагрузка; 7 — силовые линии магнитного поля катушек возбуждения. Чёрточкой и крестиком обозначены направления тока в катушках (на читателя и от него).

Если после раскрутки и отключения от первичного двигателя разряжать (не снимая поля!)  малым током в 10 Ампер, то хватит надолго: 8 600 000 Дж:10В:10А=86000 сек.=24 часа=1 сутки.

Если к валу присоединить механизмы - генератор, двигатель, насос, то накопленная энергия будет отдаваться им.

А почему этот эффект не обнаружили до сих пор?

А потому, что при выключении униполярной машины выключали и магнитное поле! Ведь всегда в таких машинах поле создавалось катушками, а они были подключены к источнику. Сняли поле - и бестолково соединились заряды внутри машины через диск или цилиндр. И никакой дополнительной инерционности не проявлялось. А нагрев униполярной машины отмечался избыточный!

Поле нельзя отключать!!! Да пусть даже проиграем немного по величине поля, но будем использовать постоянные магниты (сейчас, кстати, редкоземельные магниты дают мощные поля!..).

Генератор после раскрутки, без снятия магнитного поля будет крутиться так долго, что начинают возникать вопросы!

Но ведь у маховиков и 20 000 оборотов в минуту не предел. А ультрацентрифуги дают и 100 000 оборотов в минуту. Следовательно, и разница напряжений между осью и периферией вырастет, следовательно, и запасенная энергия пропорционально возрастет. Итак, если в 30 раз возросла скорость, то по пессимистическим прогнозам энергия килограммового ротора станет 25 800 000 Дж, а по оптимистическим - 258 000 000 Дж. А кто сомневается, то ему можно напомнить о другой (не единица) валентности или о возможном применении мощных магнитных полей сверпроводников.

Итак. Униполярные машины с включенным полем запасают энергию разделенных электрических зарядов и имеют инерционность на несколько порядков большую, чем без поля. Они имеют лучшие характеристики, чем ДВС.

Должны появиться аккумуляторы, которые изменят нашу жизнь так, как мы  сейчас и представить себе не можем. Можно будет дать энергетическое изобилие экспедициям, геологическим станциям, космическим кораблям, удаленным селениям. Появится новый транспорт, тихий, бесшумный, экологически чистый. Появятся новые летательные аппараты, новые приборы, новые инструменты.

Конструкционно, если отказываемся копить именно механическую энергию, а накапливаем электродинамическую, следует отказаться от роторов с большим моментом инерции. Не маховик большого радиуса, а длинный цилиндрический ротор. Длина сыграет роль - это значит, что напряжение получим больше, заряды накопим больше, скорость вращения увеличим.

 А почему два магнита? Четыре, десять…Мы копируем униполярный генератор, но ведь не под кальку! Получать нужное напряжение можно с помощью другого генератора, сидящего на одном валу с униполярным (генератор - двигатель - ведь необходимо и раскрутить ротор, подвести к нему энергию). Мы используем конструкцию для увеличения инерционности, но не по массе, а по разделенным зарядам. А для этого необходимы магнитные поля и движущийся проводник. И тогда  вообще прочь щетки и токосъемные кольца! Вращается проводящая ферромагнитная болванка в полях магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами, и вся конструкция.

Один килограмм воды при сбросе с высоты 100 метров может отдать энергию

А=mgh=1 кг*10 м/с2*100 м=1000 Дж. Одна тонна, следовательно, 1 000 000 Дж.

Однотонный высокоскоростной электродинамический ротор запасет энергию 25 800 000 000 Дж. То есть столько же, сколько 25 800 тонн воды, падающей  с высоты 100 метров. Это 430 штук 60-ти тонных цистерн. Зачем строить гидроаккумулирующие станции?

Итак.

Всего один вопрос: изменяется ли инерционность проводящих тел при вращении в магнитном поле?

Да - и тогда громадными средствами, подключением лучших мозгов вперед на внедрение электродинамических накопителей энергии (униполярных генераторов). Произойдет подвижка в приоритетах, смена лидеров, как в автомобилестроении, так и у энергопоставщиков.

Автору - аплодисменты! Автор, конечно, Фарадей!

Нет увеличения инерционности - и забыли... Сотни лет ходили вокруг униполярного генератора, кривили пренебрежительно губы (низкое напряжение!), отмечали нагрев остановленной машины и не сделали вывод! Генераторов нет в продаже, их не выпускают, потому что они не нужны, как и петуху жемчужное зерно.