Статья из сайта petrovlam.ru
Автор: Петров В. М.
Введена 26.06.2013
Последнее обновление: 2.7.2013

ТИПЫ  ВОЛН  И  ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ  ОБОСНОВАНИЕ КПД>1  В  ТЕХНИЧЕСКИХ  УСТРОЙСТВАХ

 

 

Автор: Бабич И. П..

 

 

 

В статье приведены описания и свойства разных типов колебаний и волн, встречающихся в природе и применяемых в технических устройствах. Определены условия формирования разных типов волн и их особенности согласно существующим теориям физики. Понимание природы волн позволяет объяснить механизм формирования электрического тока в проводниках. А также показывает, что существующих теорий физики вполне достаточно для описания принципа действия любого сверхединичного (т.е. с КПД>1) устройства, например, трансформатора Н.Теслы, генератора Шаубергера и др., и расчёта их параметров.

 

 

Типы  волн в теории физики

 

 

Колебанияэто движения или процессы, которые характеризуются определённой повторяемостью. Процесс распространения колебаний в сплошной среде, периодический во времени и пространстве, называется волновым процессом или волной [1]. Как известно из теории физики волны по своему характеру распространения разделяются на три типа в зависимости от того какой вид принимает их волновой фронт. Волновой фронт – это геометрическое место точек, до которого доходят волны за время t. Поэтому в зависимости от формы волнового фронта волны делятся на плоские волны, цилиндрические и сферические [1,2].

 

Соответственно, процесс распространения колебаний, которые формируют волновой фронт в виде некоторой плоскости, называется плоской волной. Примером таких колебаний могут служить колебания напряжённости H магнитного поля или колебания напряжённости E электрического поля. Рис.1 показывает диаграммы распространения волн этих напряжённостей с учётом их взаимного расположения в соответствии с законом Фарадея.

 

На рис.1 хорошо видно, что геометрическое место точек распространения волны напряжённости E электрического поля располагается в плоскости ry. Соответственно, геометрическое место точек распространения волны напряжённости H магнитного поля это плоскость rx. Поэтому обе волны напряжённостей электромагнитного поля являются плоскими волнами. Точно так же напряжённости любого другого поля являются плоскими волнами.

 

Отличительной особенностью плоских волн является линейная зависимость их  параметров А от расстояния r, на которое они распространяются [2]. Что можно записать как:

 

      

 

где k1 – это коэффициент пропорциональности при r. Для плоских волн  k1=n, где n  любое действительное число. Такую зависимость можно записать в виде пропорции:

 

      (1)

 

Плоские волны могут быть как продольными, которые распространяются вдоль радиус-вектора, так и поперечными, которые распространяются перпендикулярно радиус-вектору [1]. К плоским волнам можно отнести также электрический ток и напряжение, которые протекают вдоль проводников в электрических цепях.

 

 

Цилиндрические волны

 

 

Цилиндрический фронт волны – это фронт волны, у которой геометрическое место положения точек, до которых доходит волна, располагается на цилиндрической поверхности. Такие волны наблюдаются в природе и создаются техническими средствами. Например, это колебания, распространение которых заставляет двигаться по спирали положительный заряд в однородном магнитном поле [3], или, заставляющие вращаться планеты, звёзды и другие небесные тела по спиралевидным траекториям [4]. Вполне очевидно, что уже упоминавшиеся колебания напряжённостей электромагнитного поля (рис.1) не могут формировать цилиндрический фронт волны, потому что имеют плоскую форму. Зато их векторная сумма J, величина которой определяется из формулы:

 

      (2)

 

представляет собой окружность радиуса, равного по величине вектору J. Учитывая, что колебания распространяются вдоль линии r, в результате получаем спираль, которую описывает конец вектора J при распространении цилиндрической волны электромагнитного поля, примерно, как это показано на рис.2.

Вопрос сложения напряжённостей электрического и магнитного полей решается просто, если их привести к единой единице измерения [√Вт], как приводятся к этой единице ток и напряжение в электрических цепях [5]. В результате получаем, что единственный вектор, который вращается при распространении колебаний электромагнитного поля – это J или векторная сумма напряжённостей электрического и магнитного полей, связанных между собой законом Фарадея. Её единица измерения будет такой же [√Вт], как и у исходных векторов.

 

При этом из диаграммы рис.2 хорошо видно, что вектор J дважды за период равен по величине и направлению вектору напряжённости E и дважды вектору H. Происходит это только в узлах колебаний векторов соответствующих напряжённостей. В остальное время или в других точках пространства спираль строится вектором J их суммы. А это значит, когда речь идёт о напряжённости электромагнитного поля в пространстве имеется в виду векторная сумма исходных векторов E или H, которая вращается по спиралевидной траектории, а не конкретно магнитная или электрическая напряжённость, которые распространяются только в определённой плоскости. Поэтому в системе уравнений Максвелла, математические действия оператора ротора или дивергенции можно применить только к вектору J, но не к векторам напряжённости E или H, которые не могут вращаться по определению.

 

Итак, получаем, что цилиндрический фронт волны формируется суммарными усилиями двух ортогональных и взаимозависимых колебаний или двух плоских волн, распространяющихся по взаимно перпендикулярным плоскостям. При этом в каждый момент времени и пространства у них есть общая точка, вокруг которой колеблются исходные векторы.

 

Параметры А2(r) колебаний с цилиндрическим фронтом волны характеризуются нелинейной зависимостью от расстояния r, на которое они распространяются. Что можно записать как:

      (3)

 

где k2=√r [2]. Или можно записать такую связь в виде пропорции:

 

      (4)

 

Для гравитационного поля такая зависимость уже давно используется при расчётах движения планет. Она вытекает из формулы третьего закона Кеплера, которая имеет вид [4]:

         (5)

 

Взяв корень квадратный от обеих частей уравнения (5) получаем:

 

      (6)

 

Последняя формула подтверждает наличие у параметров волн гравитационного поля нелинейного коэффициента пропорциональности k2=√r, и относит их к цилиндрическому типу. Для параметров электромагнитного поля такую пропорцию, как в формуле (4), можно получить из формулы закона Кулона, если воспользоваться алгоритмом преобразований, описанным в [6], для формулы закона всемирного тяготения Ньютона.

 

 

Отличие цилиндрических волн и плоских

 

 

Выше было выяснено, что простейшие волны – это плоские волны. Они имеют линейную зависимость их параметров от расстояния. Следующие по сложности – это цилиндрические волны. Они получаются как результат векторного сложения двух плоских волн, которые распространяются по плоскостям перпендикулярным друг другу и являются взаимозависимыми. Т.е. векторное сложение двух исходных взаимозависимых плоских волн формирует цилиндрическую волну. Полученная цилиндрическая волна имеет уже нелинейную зависимость её параметров от расстояния, на которое она распространяется – формулы (3) и (4). И, очевидно, что чем дальше от источника находится точка, в которой определяется воздействие полевой структуры, тем меньшей будет величина параметра цилиндрической волны. Такое явление в физике называют расходимостью вектора или дивергенцией.

 

Т.е. у цилиндрических волн, из-за нелинейной зависимости их параметров от расстояния, возникает расходимость вектора суммарной напряжённости J с нелинейной зависимостью от расстояния. Вариант с расходимостью вектора суммарной напряжённости электромагнитного поля в любой среде довольно хорошо изучен в теории. И поэтому это явление широко применяется в технических устройствах телекоммуникации и пр.

 

Расходимость суммы J напряжённостей гравитационного поля проявляется точно так же, как и у электромагнитного поля. Например, в статье [7] показано и подтверждено расчётами, что гравитационные волны формируются ядром небесного тела. В этом случае волны гравитации планеты (или любого другого небесного тела) распространяются от его ядра к его поверхности и дальше в космос. Это пример расходимости вектора J у цилиндрических волн гравитационного поля планеты, что можно представить примерно как на схеме рис.3а. 

 

Расходимость векторов полевых структур описывается в теории физики законами обратных квадратов – это закон Кулона для электрических зарядов и закон всемирного тяготения Ньютона [1]. И до сих пор в теории физики закон обратных квадратов применялся только для варианта расходимости вектора.

 

Однако в природе всегда всё уравновешено – этого требует закон сохранения энергии для замкнутых систем. Поэтому, если в некоторой области пространства существует расходимость вектора, то обязательно существует область, граничащая с первой, где происходит его сходимость. Это можно проследить на примере гравитационных волн в области поверхности планеты или любого другого небесного тела или точечного источника волн любого поля.

 

Например, в статье [8] показано, что источником гравитационных колебаний может выступать граница или вершина потенциальной ямы, которую формируют продольные и поперечные колебания гравитационного поля, что согласуется с принципом Гюйгенса [1]. В этом случае, от границы потенциальной ямы наружу будут распространяться вторичные колебания гравитации с расходящимся вектором JНо с другой стороны точно такие же колебания будут распространяться от границы внутрь потенциальной ямы. В последнем случае имеем пример сходимости вектора J гравитационного поля. Примерная схема этого процесса показана на рис.3б.

 

Сходимость вектора J для поля гравитации наблюдается в природе довольно часто – это воронки водоворота или смерчи и вихри воздушных масс. Поскольку это всё примеры упоминавшихся выше цилиндрических волн, поэтому их параметры, как внутри, так и снаружи, имеют одну и ту же нелинейную зависимость от расстояния и могут быть рассчитаны одними и теми же законами и формулами. Единственное, что следует учитывать, что правильный физический смысл r2 из формулы закона обратных квадратов – это площадь сферы радиуса r [6], но не абстрактный квадрат расстояния. Соответственно, все расчёты следует проводить относительно общей точки O колебаний исходных напряжённостей или центра сферы. Последнее утверждение вполне согласуется с математическим определением расходимости – дивергенции, в основе которого лежит контур сферы [9].

 

По такой же схеме распространяется и сумма J векторов напряжённости электромагнитного поля для случаев всякого рода потенциальных ям или внутри источника цилиндрических колебаний. Для колебаний электромагнитного поля, как и любого другого поля, вариант с цилиндрическими волнами, которые распространяются внутрь некоего устройства, означает концентрацию энергии электромагнитного поля внутри этого устройства.

 

Самым простым примером потенциальной ямы электромагнитного поля может служить элементарный проводник электрического тока. Он, как и все объекты, находится под действием электромагнитного поля окружающего пространства. Но, если проводник подсоединить к источнику ЭДС, то на концах проводника возникает разность потенциалов, ограниченная поверхностью проводника, – т.е. внутри проводника формируется потенциальная яма. В этом случае у проводника изменяется источник колебаний электромагнитного поля – теперь это не  электромагнитное поле земли, а цилиндрическая поверхность проводника, которая является границей потенциальной ямы, расположенной внутри проводника.

 

Вокруг проводника, подключённого к  источнику ЭДС, распространяется его собственное электромагнитное поле по закону обратных квадратов, как это известно из существующих теорий [1]. Но и внутри проводника происходят такие же процессы и по тем же законам. При этом, сколько энергии электромагнитного поля излучается от поверхности проводника наружу, ровно столько же концентрируется внутри проводника или потенциальной ямы – согласно закону сохранения энергии.

 

Из-за сходимости суммарной напряжённости J поля, внутри проводника происходит возрастание концентрации потенциала и формируется цилиндрическая волна, которая распространяется вдоль проводника. Пока существует разница потенциалов на концах проводника, в нём будет поддерживаться большая концентрация потенциала, а вдоль проводника будет распространяться цилиндрическая волна, которую принято называть электрическим током. Таким образом происходит формирование и поддержание электрического тока в проводнике.

 

Примером более сложного устройства с нелинейным возрастанием концентрации потенциала электромагнитного поля может служить трансформатор Н.Теслы. По имеющемуся описанию, его трансформатор состоит из двух катушек – первичной  большого диаметра и вторичной меньшего диаметра, расположенной внутри первичной катушки. Во-первых катушка – это устройство с цилиндрической поверхностью. Значит в устройстве формируются цилиндрические волны. Во-вторых, конструкция устройства трансформатора показывает, что первичная катушка является границей потенциальной ямы цилиндрической волны. А вторичная катушка располагается внутри потенциальной ямы, где плотность потенциала возрастает нелинейно. Это  способствует получению большей энергии на вторичной катушке, что выражается в высоких выходных напряжениях трансформатора. А поскольку зависимость параметров колебаний от расстояния нелинейная, то и коэффициент трансформации – также нелинейно возрастающая величина. В итоге получаем сверхединичное устройство с КПД>1. Рассчитывать параметры такого устройства можно по известным законам электродинамики с учётом того, что в данном случае происходит сходимость вектора J и концентрация потенциала, а не его расходимость и рассредоточение потенциала.

 

Т.е. создание технических устройств с КПД>1 теоретически вытекает из закона сохранения энергии и объясняется существующими законами распространения волн.

 

Таким образом, отличительная особенность цилиндрических волн состоит в том, что они являются причиной возникновения нелинейной сходимости векторов их параметров и нелинейного возрастания плотности этих параметров внутри конструкции или области, являющейся источником колебаний. Происходит это вследствие нелинейной зависимости параметров цилиндрических волн от расстояния. При этом закон изменения этих параметров остаётся тем же, что и для случая расходимости.

 

 

Сферические волны

 

 

К сферическим волнам относятся волны, которые формируют сферический волновой фронт. По аналогии с цилиндрическими волнами можно сказать, что сферические волны – это векторная сумма колебаний трёх взаимозависимых векторов, колеблющихся вдоль трёх взаимно перпендикулярных осей, которые распространяются в пространстве. При этом в каждый момент времени или пространства у них есть общая точка, вокруг которой они колеблются. Пример формирования сферической волны колебаниями трёх напряжённостей – известных E и H и третьего вектораI показан на рис.4.

 

Третий вектор напряжённостиIколеблется вдоль оси распространения волны электромагнитного поля и его можно получить из вектора Умова-Пойнтинга. Только вектор Умова-Пойнтинга соответствует условиям формирования сфероида согласно законам математики – зависит от первых двух и перпендикулярен им обоим [9]. На рис.4 также показан вектор Σ суммы трёх взаимно перпендикулярных и взаимно зависимых векторов напряжённости полевой структуры, действующих в точке A в данный момент времени.

 

Таким образом, если к двум плоским волнам, которые формируют цилиндрический волновой фронт колебания, добавить ещё одно колебание, которое колеблется вдоль оси распространения первых двух, то получаем сферическую волну. Но в этом случае, третье колебание будет периодически отсекать или прерывать распространение цилиндрической волны. Т.е. третье колебание формирует прерывность в процессе распространения сферической волны сигнала, информации, энергии вдоль оси распространения цилиндрической волны. Т.е. третье колебание способствует формированию порций или корпускул в непрерывном процессе передачи сигнала, информации, энергии и т.п. Такого эффекта – прерывности – при распространении цилиндрических волн нет. У  плоских волн прерывность существует, но они не могут формировать пространственные объекты. А это значит, что гипотеза о корпускулярно-волновой природе колебаний верна только для случая сферических волн.

 

Параметры А3(r) сферических волн также характеризуются нелинейной зависимостью от расстояния r, на которое они распространяются. При этом можно записать, что:

      (7)

 

где k3=r [2]. И тогда формула (7) записывается как

 

      (8)

Что может быть записано в виде пропорции:

      (9)

 

Таким образом, формула (9) показывает, что у параметров сферических волн существует квадратичная зависимость от расстояния, на которое они распространяются. Поэтому у сферических волн ещё более нелинейная зависимость величины параметра от расстояния и ещё большая крутизна или нелинейность сходимости векторов их параметров, чем у цилиндрических волн, внутри источника сферических волн или внутри сферической потенциальной ямы. Соответственно, у сферических волн ещё большая эффективность концентрации параметра в этих областях. Поэтому у объектов или устройств, формирующих сферические потенциальные ямы, будет ещё большее возрастание КПД при тех же размерах, по сравнению с источниками цилиндрических волн.

                                                                                 

 

Список использованной литературы

                                                                                                                                                  

1.    Трофимова Т.И., Курс физики, М., Высшая школа, 1985г.

2.    Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г., Справочник по элементарной физике. М., Наука, 1988г.

3.    Ч.Киттель, У. Найт, М.Рудерман, Берклеевский курс физики, т.1, Механика. М., Наука, 1975г.

4.    Кононович Э.В., Мороз В.И., Курс общей астрономии. М. изд-во Едиториал УРСС, 2004г.

5.    Бабич И.П. "Мощность в электрических цепях переменного синусоидального тока" http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/12541.html

6.    Бабич И.П. " Законы гравитации – поиски физического смысла», Часть 1, http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/10300.html

7.    Бабич И.П. "Гравитационные волны в солнечной системе" Законы гравитации – поиски физического смысла. Часть 3,  http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/11779.html

8.    Бабич И.П. «Отличия в расчётах вращения планет и шарикоподшипника» Законы гравитации – поиски физического смысла. Часть 5, http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/12698.html

9.    Г.Корн, Т.Корн, Справочник по математике для научных работников и инженеров, М. Наука, 1974г.

 

 


Просмотров: 4996

Комментарии к статье:


Ваще сообщение:
 

 

Добавить комментарий

[B] [I] [u] [S] [2] [2]       [TAB] [∑] [∓] [≈] [≠] [≤] [≥] [π] [×] [√]       [RED] [GRE] [BLU]

[α] [β] [Γ] [γ] [Σ] [σ] [Δ] [δ] [Ω] [ω] [μ] [Λ] [λ]