УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВАКУУМНОГО РАЗРЯДА ЭЛЕКТРОНОВ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ Российский патент 2018 года по МПК G09B23/18 H01J37/02 

Изобретение относится к электромагнетизму и научному приборостроению и может быть использовано для выяснения гипотезы безопорного движения замкнутых механических систем.

Известно, что проводник с током, помещенный в поперечное проводнику магнитное поле, испытывает действие силы Лоренца по закону об электромагнитной индукции М. Фарадея. Согласно третьему закону Ньютона сила действия на тело, вызывает равную и противоположно направленную силу противодействия, поэтому замкнутая механическая система не может изменять свой центр инерции под действием только внутренних сил, и соблюдается закон сохранения импульса (момента импульса). В случае действия на проводник с током магнитного поля на проводник действует сила Лоренца, но при этом правомерен вопрос, возникает ли при этом сила противодействия по третьему закону Ньютона, а если возникает, то к чему она приложена. Одним из гипотетических ответов на этот вопрос - сила противодействия приложена к магнитному полю, но не к телу магнита, то есть к его магнитным полюсам. Однако магнитное поле не является телом, входящим в такого рода замкнутую механическую систему и становится возможным безопорное движение такой системы. Эта гипотеза нуждается в проверке. Аналогов устройства для исследования такой гипотезы не имеется.

Традиционно к безопорному движению относят механические инерционные [1-5] или электромагнитные [6] системы, способные совершать поступательное движение без всякого взаимодействия со средой и не расходующие для своего движения рабочее тело [7]. При существующем определении электромагнитных полей достаточно большое количество электромагнитных эффектов, связанных с перемещением материальных тел, можно отнести к безопорному движению [6] - эффект Фарадея в униполярном двигателе, сила Лоренца для плоского токопроводящего магнита, опыт Сигалова с соленоидом и т.д. Некоторые авторы [7-8] относят к безопорному движению определенные типы электроракетных двигателей, например, электродинамический конденсаторный движитель переменного тока, а также такие, в которых реактивная струя, по утверждению автора, служит только для замыкания тока. К безоговорочно безопорному движению относят [6] также ракетный фотонный двигатель, утверждая, что в данном случае реактивная струя нужна только для создания нескомпенсированной силы, приложенной к оболочке, и не является основной силой, создающей тягу. Это не позволяет провести 100-процентно четкую демаркационную линию между безопорным движением и напоминающим его. Смещение центра инерции замкнутой системы есть феномен, выходящий за рамки современных научных представлений. В то же время это пропуск в новый удивительный мир немыслимых ранее законов и явлений природы.

Целью изобретения является обнаружение возможности безопорного движения замкнутой механической системы под действием внутренней силы.

Указанная цель достигается на основе работы устройства для исследования вакуумного разряда электронов в вакуумном поле, включающем магнит, над полюсом которого подвешена плоская стеклянная вакуумированная изнутри кювета с автоэмиссионным катодом и анодом, оппозитно установленными с одного края кюветы и подключенные к выводам трансформатора Тесла (катушке Румкорфа), первичная обмотка которого подключена к накопительному конденсатору через тиристор, управляемый от последовательно соединенных генератора тактовых импульсов с регулируемой частотой и устройства запуска тиристора, накопительный конденсатор заряжается через резистор от высоковольтного источника питания, а свободно подвешенная над магнитным полюсом магнита вакуумированная кювета со стороны расположения автоэлектронного катода (в виде иглы) и анода механически связана с пьезодатчиком с его жестким неподвижным упором с противоположной стороны датчика, а выход пьезодатчика через высокочувствительный импульсный усилитель подключен к одному из каналов двухканального осциллографа, ко второму его каналу подключен дополнительный выход устройства запуска тиристора.

Достижение цели изобретения объясняется получением пьезодатчиком импульса силы со стороны свободно подвешенной кюветы, возникающего от перемещения массы электронов в кратковременном разряде накопительного конденсатора, отклоняющихся в поперечном магнитном поле магнита. Этот импульс силы преобразуется в пьезодатчике в соответствующий импульс электрического тока, регистрируемый осциллографом от каждого из разрядов накопительного конденсатора. Амплитуда и форма регистрируемого осциллографом импульса тока от пьезодатчика варьируется в зависимости от частоты повторения генератора тактовых импульсов, регистрируемых двухканальным осциллографом и запускающим его развертку в ждущем режиме.

На рис. 1 изображена блок-схема заявляемого устройства и содержит:

1 - постоянный магнит, например, неодимовый с плоским магнитным полюсом,

2 - расположенная над магнитом 1 свободно подвешенная вакуумированная плоская кювета, параллельно расположенная к полюсу магнита 1,

3 - автоэмиссионный катод в форме острия или группы острий,

4 - анод, оппозитно расположенный к автоэмиссионному катоду на краю кюветы 2,

5 - пьезодатчик, одним своим краем закрепленный к телу кюветы, а другим к жесткому неподвижному упору,

6 - высоковольтный источник питания постоянного тока,

7 - ограничительный резистор R,

8 - накопительный высоковольтный конденсатор С,

9 - тиристор Т, выдерживающий высокое напряжение и большой ток,

10 - трансформатор Тесла (катушка Румкорфа),

11 - устройство запуска тиристора,

12 - генератор тактовых импульсов с регулируемой частотой,

13 - высокочувствительный импульсный усилитель,

14 - двухканальный осциллограф.

На рис. 2 показан возможный вид импульса с выхода пьезодатчика (канал А) и запускающего тиристор импульса (канал В).

Рассмотрим действие заявляемого устройства.

От высоковольтного источника питания 6 с напряжением U_O постоянного тока осуществляется заряд накопительного высоковольтного конденсатора 8 емкостью С через ограничительный резистор 7 сопротивлением R. При этом текущее напряжение, U(t), до которого заряжается этот конденсатор в функции времени, вычисляется по формуле U(t)=U_O [1 - exp (- t / τ)], где τ=R С - постоянная времени цепи заряда, полагая, что в момент времени t=0 конденсатор 6 полностью разряжен. Запускающим импульсом от генератора тактовых импульсов 12 с периодом следования Т, который можно изменять, через устройство 11 запуска тиристора 9, последний открывается, и заряд конденсатора 8 быстро разряжается на первичную обмотку трансформатора Тесла (катушку Румкорфа) 10 и при этом на вторичной обмотке этого трансформатора возникает короткий импульс сверхвысокого напряжения, который воздействует на автоэмиссионный катод 3 и андд 4 плоской вакуумной кюветы 2, например, стеклянной, плоскость которой расположена коллинеарно магнитному полюсу постоянного магнита 1, например, неодимового, выполненного, в частности, в форме параллелепипеда, располагаемого на горизонтальной плоскости. Кювета 2 свободно подвешена над этим полюсом магнита и скреплена краем с пьезодатчиком 5, противоположный край которого связан с жестким неподвижным упором. Поэтому всякие механические колебания кюветы 2 воспринимаются этим пьезодатчиком, на выходе которого формируется соответствующий отклик, напряжение которого подается на один их каналов двухканального осциллографа 14 (канал А) через высокочувствительный импульсный усилитель 13. На другой канал В осциллографа 14 подается сигнал запуска с дополнительного выхода устройства запуска тиристора 13. Возможный вид этих сигналов указан на рис. 2.

Заряд в накопительном конденсаторе 8 с напряжением U(T)=U_O [1 - exp (Т/τ)] определяет его энергию W=С U(T)²/2. Величина этого заряда Q определяется формулой Q=С U(T)=е N(T), где е=1,602_*10^-15 кул. - заряд электрона, a N(T) - число электронов, составляющих этот заряд, равное N(T)=С U(T)/е. Длительность t_РАЗР разрядного импульса выбирают максимально короткой путем снижения активного сопротивления r_р разрядной цепи накопительного конденсатора С, и тогда t_РАЗP=2,3 r_р С. При этом общая масса m(Т) электронов, проходящих через кювету 2 в течении времени t_РАЗР и движущихся с разными скоростями между катодом и анодом, находятся из выражения m(T)=m_e N(T), где m_е=9,108_*10^-31 кг - масса электрона, полагая к.п.д. трансформатора Тесла 10 равным единице. Тогда имеем m(Т)=С U(T) m_e/е=5,6854_*10^-16 С U(T) кг. В этом выражении емкость С выражается в Фарадах, а напряжение U(T) в Вольтах.

Использование в устройстве трансформатора Тесла 10 продиктовано необходимостью получения сверхвысокого напряжения в импульсе, приложенного к кювете 2 - ее катоду 3 и аноду 4, поскольку используется режим автоэлектронной эмиссии с катода 3 в форме острия (или группы острий). Кроме того, важно обеспечить высокую среднюю скорость V_CP движения всех электронов внутри кюветы 2, определяющую среднее значение тока I_CP электронов, которое, в свою очередь, определяет среднее значение силы Лоренца , где В - магнитная индукция в кювете 2, создаваемая магнитом 1, - длина криволинейной траектории потока электронов в кювете между ее катодом 3 и анодом 4, k=w₂/w₁ - коэффициент трансформации трансформатора Тесла 10, как отношение числа витков w₂ вторичной его обмотки к числу витков w₁ в его первичной обмотке. Искривление этой траектории объясняется действием средней силы Лоренца F_CP, как это показано на рис. 1, а само отклонение электронов определяется известным правилом «левой руки».

Важно отметить, что по третьему закону Ньютона сила действия - Лоренцева сила действия на поток электронов, казалось бы должна вызывать силу противодействия, противоположно направленную. Если магнит 1 - это простой одиночный параллелепипед, магнитный полюс которого коллинеарен кювете 2, следовательно, плоскости, на которой располагается поток электронов, то противоположно направленная сила противодействия НЕ МОЖЕТ опираться на магнитный полюс этого магнита, а проходит мимо него во внешнее пространство или опирается на поперечное магнитное поле магнита 1, не являющееся материальным (твердым) телом. Таким образом, можно констатировать, что либо нарушается третий закон Ньютона, и нет противодействующей силы, либо мы имеем дело с безопорным движением электронов в сторону от прямолинейного их движения между катодом 3 и анодом 4 под действием магнитного поля, то есть безопорным движением электронов как материальных объектов.

Как известно, в электрическом поле напряженностью Е=U(T)/h, где h - расстояние между автоэмиссионным катодом 3 и анодом 4 в вакуумной кювете 2, на электрон действует ускоряющая его сила f_e=е Е (в ньютонах), и энергия электрона при его пролете в кювете 2 вблизи анода 4 с учетом релятивистского эффекта может быть записана уравнением вида: е k U(T)/[1-(V_A/с)²]^1/2=m_e V_A²/2, где V_A - скорость электрона у анода 4, с=3_*10⁸ м/с - скорость света в вакууме, k=w₂/w₁>>1. Нетрудно показать, что V_A<с при любых значениях k U(T), но приближается к величине скорости света при значительных величинах k U(T), например, при k U(T)≥100 кВ. Учитывая, что движение электрона в электрическом поле можно считать равноускоренным, то среднее значение скорости электрона V_CP=V_A/2≈с/2=1,5_*10⁸ м/с. При заданном значении расстояния h каждый из электронов находится внутри кюветы 2 отрезок времени Δt=h/V_CP≈2 h/с. Среднее значение тока i_CP внутри кюветы 2 определяется из выражения: i_CP=I_CP/k=U(T)/r_p k. Полный наибольший заряд электронов, находящихся одновременно в кювете в процессе разряда, равен Δq=i_CPΔt=2 h U(T)/r_p k с, масса которых Δm_Σ=2 m_е h U(T)//r_р k с е. Эта масса Δm_Σ под действием средней силы Лоренца F_CP отклоняется внутри кюветы 2 (вверх на рис. 1) со средним ускорением (с учетом малости разности ). Так, если k=100, а В=1,3 Тл, то для средней величины ускорения электронов имеем α_СР=8,5745_*10⁴ м/с².

По закону сохранения импульса F_СР Δt=Δm_Σ v_{К СР}, где v_{К СР} - средняя конечная скорость группы электронов в кювете, равная v_{К СР}=2 α_СР h/с, и при h=0,1 м получим v_{К СР}=0,5716_*10^-4 м/с=57,16 мкм/с. И такая картина будет продолжаться в течение времени t_РАЗР=2,3 r_р С разряда накопительного конденсатора 8. Если r_р=0,002 Ом и С=1000 мкФ=10^-3 Ф, то t_РАЗР=4,6 мкс. При этом t_РАЗР/Δt=6,9_*10³, то есть за время разряда имеем около семи тысяч смен картин отдельных взаимодействий непрерывного потока электронов с магнитным полем магнита 1.

Отметим, что при изменении периода следования Т запускающих импульсов с выхода генератора тактовых импульсов 12 соответственно изменяются результаты проведенных численных расчетов и результаты откликов с выхода пьезодатчика 5, сигналы которого столь малы, что требуют применения в заявляемом устройстве высокочувствительного импульсного усилителя 13. Пьезодатчик 5 получает весьма слабые импульсы колебаний кюветы 2 при импульсном смещении траектории движения электронов от прямолинейной от катода 3 к аноду 4, полагая кювету 2 как замкнутую механическую систему. И осциллограф 14 фиксирует эти колебания. Колебания кюветы как замкнутой механической системы обусловлены перемещением массы электронов за счет действия магнитного поля (сил Лоренца) в сочетании с законом сохранения центра инерции. При этом силы противодействия силам Лоренца, либо не возникают в нарушение третьего закона Ньютона, либо не опираются на кювету, как замкнутую механическую систему, что и определяет возможность безопорного движения.

Рассматриваемое устройство предназначено лишь для исследовательских целей, но не может быть рекомендовано как безопорный движитель. В качестве реально действующих безопорных движителей могут быть использованы устройства, создающие ударные волны, распространяющиеся, например, в жидкостях внутри замкнутой системы, в которых такие волны воздействуют давлением на стенки системы-сосуда в разное время, точнее, когда сила действия на одну часть корпуса такого сосуда ОПЕРЕЖАЕТ по времени силу противодействия, приложенную к противоположной стенке сосуда, то есть силы действия и противодействия разновременны. Ряд работ автора посвящены этой теме [9-13]. Такие безопорные движители могут найти широкое применение на транспорте, в промышленности, бытовых устройствах. Особая роль принадлежит таким безопорным движителям в космонавтике, когда не потребуется использовать реактивную тягу, связанную с ограниченностью объема запасаемого топлива. При этом потребуется лишь энергия для создания периодически следующих ударных волн, например, от мощного электрического разряда. На первом этапе восполнение этой энергии возможно за счет потребления фотоэлектрическими преобразователями солнечной или межзвездной радиации. В дальнейшем предстоит использовать пока неизвестную физике энергию вакуумного поля. Такие поиски энергии уже проводятся физиками-теоретиками. В частности, автором предложен ферромагнитовязкий двигатель, работа которого может быть объяснена либо несимметрией магнитокалорического эффекта [14], либо забором энергии из вакуумного поля по неизвестному пока физическому механизму [15-18].

Литература

[1] В.А. Жигалов. Некоторые актуальные вопросы безопорного движения. http://science.bagmanov.ru/Безопорное движение/О вопросе безопорного движения.pdf;

[2] Г.И. Шипов. 4D гироскоп в механике Декарта. "Академия Тринитаризма", М., Эл. №77-6567, публ. 13938, 26.10.2006 (http://www.trinitas.ru/rus/doc/0231/004a/02311026-01.pdf);

[3] В.А. Жигалов. Еще раз о движении инерциоида Шипова. Проект "Вторая физика" http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9770.html. 22 июня 2009;

[4] А.А. Астахов. Безопорное поступательное движение. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/12909.html, 1 июня 2013.

[5] А.А. Иванов. Неинерциальные замкнутые системы и обоснование безопорного движения, http://kuasar.narod.ru/ideas/unsupportedmovement/index.htm;

[6] Ю.В. Иванько В.И. Балабай. Основы опорного и безопорного движения. http://www.skif.biz/index.php ?name=Pagesop=pagepid=120;

[7] А.Н. Сидоров Г.И. Шипов. Теоретические и экспериментальные исследования реактивного движения без отбрасывания массы. "Академия Тринитаризма", М., Эл No 77-6567, публ. 10724, 03.10.2003 (http://www.trinitas.ru/rus/doc/0231/004a/02310000.pdf);

[8] Г. Ивченков. Реактивное и "безопорное" движение. Особенности реактивного движения. Электродинамические безопорные двигатели, http://tnu.podelise.ru/docs/index-384440.html http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/11452.html;

[9] О.Ф.Меньших, Электромагнитный шаговый движитель, Патент РФ №2409885, опубл. в бюлл. №2 от 20.01.2011;

[10] О.Ф. Меньших, Прибор для наблюдения броуновского движения в вакууме, Патент РФ №2343513, опубл. в бюлл. №01 от 10.01.2009;

[11] О.Ф. Меньших, Прибор для регистрации хаотического движения ферромикрочастиц в вакууме в состоянии невесомости, Патент РФ №2359249, опубл. в бюлл. №17 от 20.06.2009;

[12] О.Ф. Меньших, Безопорное движение системы проводника с током в магнитном поле, Internet, Allbest.ru, База знаний (доклад), опубл. 28.07.2015;

[13] О.Ф. Меньших, К вопросу о возможности безопорного движения, Internet, Allbest.ru, База знаний (статья), опубл. 05.07.2016;

[14] О.Ф .Меньших, Способ исследования динамической несимметрии магнитокалорического эффекта, Internet, База знаний (статья), опубл. 11.02.2014;

[15] О.Ф. Меньших, Магнитовязкий ротатор, Патент РФ №2310265, опубл. в бюлл. №31 от 10.11.2007;

[16] О.Ф. Меньших, Способ получения энергии и устройство для его реализации, Патент РФ №2332778, опубл. в бюлл. №24 от 27.08.2008;

[17] О.Ф. Меньших, Ферромагнитовязкий двигатель, Патент РФ №2359398, опубл. в бюлл. №17 от 20.06.2009;

[18] О.Ф. Меньших, Устройство стабилизации частоты генератора, Патент РФ №2368073, опубл. в бюлл. №26 от 20.09.2009.

Изобретение относится к электромагнетизму и научному приборостроению. Устройство для исследования вакуумного разряда электронов в вакуумном поле включает магнит, над полюсом которого подвешена плоская стеклянная вакуумированная изнутри кювета с автоэмиссионным катодом и анодом, оппозитно установленными с одного края кюветы и подключенными к выводам трансформатора Тесла (катушке Румкорфа), первичная обмотка которого подключена к накопительному конденсатору через тиристор, управляемый от последовательно соединенных генератора тактовых импульсов с регулируемой частотой и устройства запуска тиристора, накопительный конденсатор заряжается через резистор от высоковольтного источника питания, а свободно подвешенная над магнитным полюсом магнита вакуумированная кювета со стороны расположения автоэлектронного катода в виде иглы и анода механически связана с пьезодатчиком с его жестким неподвижным упором с противоположной стороны датчика, а выход пьезодатчика через высокочувствительный импульсный усилитель подключен к одному из каналов двухканального осциллографа, ко второму его каналу подключен дополнительный выход устройства запуска тиристора. Технический результат - исследование возможности движения замкнутой механической системы под действием внутренней силы. 2 ил.

Устройство для исследования вакуумного разряда электронов в вакуумном поле, включающее магнит, над полюсом которого подвешена плоская стеклянная вакуумированная изнутри кювета с автоэмиссионным катодом и анодом, оппозитно установленными с одного края кюветы и подключенными к выводам трансформатора Тесла (катушке Румкорфа), первичная обмотка которого подключена к накопительному конденсатору через тиристор, управляемый от последовательно соединенных генератора тактовых импульсов с регулируемой частотой и устройства запуска тиристора, накопительный конденсатор заряжается через резистор от высоковольтного источника питания, а свободно подвешенная над магнитным полюсом магнита вакуумированная кювета со стороны расположения автоэлектронного катода (в виде иглы) и анода механически связана с пьезодатчиком с его жестким неподвижным упором с противоположной стороны датчика, а выход птезодатчика через высокочувствительный импульсный усилитель подключен к одному из каналов двухканального осциллографа, ко второму его каналу подключен дополнительный выход устройства запуска тиристора.