Komora oscylacyjna czyli magnes jaki wzniesie nas do gwiazd



Yüklə 1,36 Mb.
səhifə3/29
tarix19.11.2017
ölçüsü1,36 Mb.
#11168
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   29

Powyższe można wyrazić w formie generalnej zasady o następującej treści: "We wysoko rozwiniętych cywilizacjach trend omnibusu staje się tak dominujący, iż budowanie wyższych generacji wehikułów latających osiągane zostaje poprzez dodawanie dalszych konwencji lotu do już istniejących wehikułów niższej generacji wykorzystujących ten sam czynnik roboczy."

Najsilniejszy wpływ na naszą cywilizację trend omnibusu wywrze gdy opracowana zostanie druga i trzecia generacja wehikułów z napędem magnetycznym. Owe dwa wysoko zaawansowane wehikuły nie będą bowiem budowane jako zupełnie nowe i całkowicie odmienne statki, ale raczej jako dodatkowo usprawnione wesje zwykłego magnokraftu. Ich kształt, wygląd zewnętrzny, zagospodarowanie przestrzeni wewnętrznej, a także jedna z konwecji działania (t.j. konwencja lotów magnetycznych) będą identyczne do tych ze zwykłego magnokraftu. Jedyną różnicą jaką te zaawansowane wehikuły będą wykazywały w stosunku do zwykłego magnokraftu, to iż niezależnie od lotów w konwencji magnetycznej, gdy zajdzie potrzeba będą one zdolne do lotów w konwencji teleportacyjnej (wehikuły drugiej generacji) lub lotów w konwencjach teleportacyjnej albo podróży w czasie (wehikuły trzeciej generacji). Aby więc podkreślić iż oba te wysoko zaawansowane wehikuły zrodziły się ze zwykłego magnokraftu i mogą ciągle latać w konwencji zwykłego magnokraftu, w niniejszej monografii będą one nazywane magnokraftem drugiej generacji (t.j. wehikuł zdolny do lotów w konwecji magnetycznej lub konwencji teleportacyjnej) oraz magnokraftem trzeciej generacji (t.j. wehikuł zdolny do lotów w konwencji magnetycznej, konwencji teleportacyjnej, lub konwencji podróży w czasie). Dla przeciwstawienia się tym wehikułom, zwykły magnokraft, jaki zdolny będzie jedynie do lotów w konwencji magnetycznej, będzie tu nazywany magnokraftem pierwszej generacji lub po prostu magnokraftem.

W tym miejscu powinno zostać podkreślone, iż każdy z tych wehikułów wyższej generacji w danej chwili może używać tylko jednej konwencji lotów. Dla przykładu jeśli magnokraft drugiej generacji leci w konwecji magnetycznej, jego zdolności teleportacyjne muszą zostać wyłączone. Gdy jednak włączy on swój napęd teleportacyjny, wtedy jego siły przyciągania i odpychania magnetycznego muszą zostać równocześnie wygaszone.

Rozdział C.
Komora oscylacyjna
Wyobraźmy sobie małą kryształową kostkę stanowiącą nowe urządzenie do produkcji super-silnego pola magnetycznego. Wyglądałaby ona jak idealnych kształtów kryształ, lub jak ozdobny sześcian precyzyjnie wyszlifowany ze szkła i ukazujący swe fascynujące wnętrze poprzez przeźroczyste ścianki. Przy wielkości nie większej od poręcznej kostki Rubika wytwarzałaby ona pole setki tysięcy razy przewyższające pola produkowane dotychczas na Ziemi, włączając w to pola najsilniejszych współczesnych dźwigów magnetycznych czy najpotężniejszych elektromagnesów w laboratoriach naukowych. Gdybyśmy kostkę taką wzięli do ręki, wykazywałaby ona zdumiewające własności. Przykładowo mimo swych niewielkich rozmiarów byłaby ona niezwykle "ciężka" i przy jej przesterowaniu na pełny wydatek magnetyczny nawet najsilniejszy atleta nie byłby w stanie jej udźwignąć. Jej "ciężar" wynikałby z faktu, iż wytwarzane przez nią potężne pole magnetyczne powodowałoby jej przyciąganie w kierunku Ziemi i stąd do jej rzeczywistego ciężaru dodawałaby się wytworzona w ten sposób siła jej oddziaływań magnetycznych z polem ziemskim. Byłaby ona też oporna na nasze próby obracania i podobnie jak igła magnetyczna zawsze starałaby się zwrócić w tym samym kierunku. Gdybyśmy jednak zdołali ją obrócić w położenie dokładnie odwrotne do tego jakie sama skłonna byłaby przyjmować, wtedy ku naszemu zdumieniu zaczęłaby nas unosić w powietrze.

Podczas oglądania z niewielkiej odległości ta kryształowa kostka ukazałaby w swym wnętrzu niezliczone iskry elektryczne zamrożone w bezustannym migotaniu. Przy ich dokładniejszych oględzinach zauważylibyśmy, iż iskry te obiegają kostkę naokoło, "ślizgając" się wzdłuż powierzchni wewnętrznej jej czterech przeźroczystych ścianek bocznych. (Pozostałe dwie ścianki czołowe tego sześciennego kryształu stanowiłyby wyloty/bieguny magnetyczne wytwarzanego przez niego pola.) Przeskoki każdej z iskier następowałyby tylko pomiędzy dwoma naprzemianległymi ściankami kostki. Ponieważ części drogi owych niezliczonych iskier wzajemnie nachodziłyby na siebie, w sumie tworzyłyby one rodzaj "iskrowego wiru" jaki niezwykle szybko obiegałby wokół osi magnetycznej urządzenia. Wir ten nie zakreślałby jednak kolistych trajektorii jak to czynią wszystkie normalnie rotujące zjawiska, lecz jego iskry skakałyby wzdłuż obwodu kwadratu. Z kolei rotowanie tego obiegającego po kwadracie wiru iskrowego wytwarzałoby potężne pole magnetycznie w sposób podobny jak to czyni przepływ prądu wzdłuż obwodu selenoidu.

Powyższy opis ujawnił nam wygląd i działanie komory oscylacyjnej która stanowi przedmiot rozważań niniejszego rozdziału. Wynika z niego że nazwa "komora oscylacyjna" (po angielsku "Oscillatory Chamber") przyporządkowana została nieznanemu wcześniej na Ziemi urządzeniu realizującemu całkowicie nową zasadę wytwarzania pól magnetycznych, wynalezioną i rozpracowaną przez autora. Zasada ta wykorzystuje zjawisko rotowania czterosegmentowego łuku elektrycznego naokoło wewnętrznego obwodu czterech ścianek komory sześciennej. Łuk ten uformowany zostaje z dwóch pęków oscylujących iskier elektrycznych skaczących w kierunkach wzajemnie prostopadłych do siebie, których cztery kolejne przeskoki formują cztery boki kwadratu. Przeskoki te następują pomiędzy naprzemianległymi ściankami komory sześciennej o specjalnej konstrukcji, która właśnie z uwagi na swój kształt i zasadę działania nazwana została komorą oscylacyjną.

Komora oscylacyjna realizująca powyższą zasadę działania uformowana będzie jako sześcienna kostka/pudło wykonana z przeźroczystego materiału i pusta w środku (t.j. wypełniona jedynie gazem dielektrycznym pod małym ciśnieniem). Jej sześć ścianek wykonane będzie z płytek materiału izolacyjnego (np. szkła) zespolonego na krawędziach. Na dwóch parach przeciwległych jej ścianek wewnętrznych zainstalowane zostaną pakiety elektrod przewodzących. Elektrody te (bez żadnych dodatkowych urządzeń uzupełniających) pełnić będą funkcję dwóch obwodów oscylacyjnych z iskrownikami. Każdy z obu tych obwodów oscylacyjnych powstanie w wyniku wzajemnego oddziaływania elektrycznego na siebie dwóch pakietów elektrod zamontowanych na przeciwległych ściankach wewnętrznych owej sześciennej komory oscylacyjnej (t.j. powierzchnia elektrod dostarczy obwodowi wymaganej pojemności elektrycznej, ich wzajemny odstęp służyć będzie jako przerwa iskrowa, zaś iskra elektryczna dostarczy wymaganej indukcyjności).

Realizacja przez komorę oscylacyjną jej unikalnej zasady wytwarzania pola magnetycznego, podsumowana we wielkim skrócie, jest jak następuje. Pakiety elektrod położonych na przeciwstawnych ściankach komory ładowane są przeciwnymi ładunkami elektrycznymi. Ładunki te próbują się wyrównać formując pęki oscylujących iskier. Ponieważ dwa pęki takich oscylujących iskier zmuszane są do naprzemiennie zesynchronizowanych przeskoków wzdłuż wewnętrznych powierzchni czterech ścianek komory oscylacyjnej, ich efektem końcowym będzie uformowanie łuku elektrycznego rotującego po obwodzie kwadratu. Łuk ten wytwarzał będzie wymagane pole magnetyczne. Powyższa realizacja działania komory oscylacyjnej umożliwia osiągnięcie podwójnych korzyści. Z jednej strony eliminuje ona bowiem prawie wszystkie wady wrodzone występujące w konstrukcji elektromagnesów, jakie ograniczają wydatek wytwarzanego przez nie pola magnetycznego. Z drugiej zaś strony dostarcza ona komorze oscylacyjnej dodatkowych zalet jakie są źródłem unikalnych (t.j. nieznanych wcześniej w żadnym innym urządzeniu budowanym dotychczas na Ziemi) atrybutów operacyjnych tego urządzenia.

Końcowym wynikiem takiego opracowania konstrukcji i działania komory oscylacyjnej jest, iż po zbudowaniu urządzenie to będzie zdolne do zwiększania swego wydatku magnetycznego do teoretycznie nielimitowanego poziomu. Praktycznie oznacza to, że owo źródło potężnego pola magnetycznego będzie pierwszym urządzeniem zbudowanym na Ziemi jakiego wydatek magnetyczny umożliwi mu przekroczenie strumienia startu, a co za tym idzie samoczynne wzniesienie się w powietrze jedynie w efekcie odpychającego oddziaływania wytwarzanego przez siebie pola z polem magnetycznym Ziemi, Słońca lub Galaktyki. Komora oscylacyjna będzie więc naszym pierwszym "magnesem zdolnym do wzlotu".

C1. Dlaczego niezbędnym jest zastąpienie elektromagnesów przez komorę oscylacyjną
Obserwując olśniewające osiągnięcia naszej wiedzy i techniki w jednej dziedzinie, bez zastanowienia zakładamy, że nasz postęp jest równie efektowny we wszystkich kierunkach. Tymczasem istnieją działy techniki gdzie nie nastąpił prawie żaden postęp od prawie dwóch stuleci i gdzie ciągle drepczemy w kółko w tym samym miejscu. Aby uświadomić sobie jeden z najbardziej powszechnie spotykanych przykładów takiego zastoju, zadajmy teraz pytanie: "Jakiż to postęp dokonany został ostatnio w zakresie zasad wytwarzania pól magnetycznych?" Zaskakująco, odpowiedź jest: "żaden". W dobie eksploracji Marsa do wytwarzania pola magnetycznego ciągle wykorzystujemy dokładnie tą samą zasadę jaka wykorzystywana była w tym celu przed ponad 170 lat, t.j. zasadę odkrytą w 1820 roku przez duńskiego profesora Hans'a Oersted'a i polegającą na wykorzystaniu efektów magnetycznych prądu elektrycznego przepływającego przez zwoje przewodnika. Urządzenie wykorzystujące tą zasadę, nazywane "elektromagnesem", jest obecnie jednym z najbardziej archaicznych wynalazków ciągle w powszechnym użyciu z powodu braku lepszego rozwiązania. Aby zrozumieć jak przestarzałe jest działanie elektromagnesu wystarczy posłużyć się następującym przykładem: gdyby nasz postęp w rozwoju urządzeń napędowych równał się postępowi w rozwoju urządzeń do wytwarzania pól magnetycznych, wtedy naszym jedynym wehikułem ciągle pozostawałaby lokomotywa parowa.

Elektromagnesy posiadają cały szereg wad wrodzonych. Wady te uniemożliwiają podniesienie ich wydatku ponad określony, i to stosunkowo niski, poziom. Ich usunięcie nie jest możliwe w żaden sposób, ponieważ wynikają one ze samej zasady działania tych urządzeń. Poniżej dokonany zostanie przegląd najważniejszych z owych nieusuwalnych wad elektromagnesów. Ich bardziej dokładne omówienie przytoczone jednak będzie w podrozdziale C5 poświęconym prezentacji zasad na jakich każda z nich wyeliminowana została w działaniu komory oscylacyjnej.

#1. Elektromagnesy formują elektromagnetyczne siły odchylające jakie napinają ich zwoje w kierunku promieniowym starając się rozerwać te zwoje na strzępy. Siły te formowane zostają w rezultacie wzajemnego oddziaływania pomiędzy polem magnetycznym wytwarzanym przez dany elektromagnes, a zwojami przewodnika jaki wytworzył to pole. Pole to, zgodnie z działaniem "reguły lewej ręki" często zwanej także "efektem silnika", stara się wypchnąć zwoje wytwarzającego je przewodnika ze swego zasięgu. Elektromagnetyczne siły odchylające uformowane w ten sposób są więc identycznego rodzaju jak te wykorzystywane w zasadzie działania silników elektrycznych. Aby zabezpieczyć elektromagnes przed rozerwaniem na strzępy, owym wewnętrznym elektromagnetycznym siłom odchylającym musi przeciwstawiać się jakaś fizyczna konstrukcja zewnętrzna. Konstrukcja ta balansuje swoją mechaniczną wytrzymałością siły odchylające wynikające z wydatku danego elektromagnesu. Konstrukcja owa oczywiście niezwykle zwiększa wagę każdego silniejszego elektromagnesu. Więcej jednak, jeśli przepływ prądu w elektromagnesie przewyższy określony poziom, wtedy owe siły odchylające wzrastają do takiej wartości, iż żadna fizyczna konstrukcja nie jest już w stanie im się oprzeć, dlatego też powodują one eksplodowanie zwojów danego elektromagnesu. W ten sposób zbyt duże zwiększenie wydatku dowolnego elektromagnesu zwykle kończy się jego samo-zniszczeniem poprzez eksplodowanie. Takie eksplozje elektromagnesów są dosyć częstym zdarzeniem w laboratoriach badawczych, stąd co potężniejsze z owych urządzeń montowane są w specjalnych bunkrach wyciszających ich ewentualną eksplozję.

#2. Wymogiem elektromagnesów jest bezustanne zaopatrywanie w energię elektryczną jeśli produkowane przez nie pola muszą posiadać kontrolowalne parametry (t.j. jeśli parametry ich pola są zmienialne zgodnie z wymaganiami użytkowników). Jeśli takie bezustanne zaopatrywanie w energię elektryczną zostanie nagle odcięte, sterowalność ich pola magnetycznego także ulega zakończeniu. Powyższe wymaganie nałożone na sterowalność pola elektromagnesów powoduje, że podczas produkcji potężnych pól magnetycznych, pojedynczy elektromagnes konsumuje wydatek całej elektrowni.

#3. Elektromagnesy powodują liczące się straty energii. Prąd elektryczny przepływający przez zwoje konwencjonalnego elektromagnesu wyzwala ogromne ilości ciepła (patrz Prawo Joule'a dotyczące nagrzewania prądem elektrycznym). To ciepło nie tylko że pomniejsza efektywność energetyczną produkcji pola, ale także - kiedy energie pola są wysokie, powoduje ono topienie się zwojów elektromagnesu.

Użycie materiałów nadprzewodzących do wykonania zwojów elektromagnesu eliminuje wprawdzie nagrzewanie się jego materiału w efekcie przepływu prądu. Jednakże równocześnie wprowadza ono innego rodzaju straty energii wynikające z konieczności utrzymywania bardzo niskiej temperatury zwojów elektromagnesu nadprzewodzącego. Oczywiście takie utrzymywanie temperatury wiąże się z bezustanną konsumpcją energii jaka zmniejsza efektywność wynikową danego elektromagnesu. Powinno także tu zostać podkreślone, że pole magnetyczne o wysokiej gęstości eliminuje efekt nadprzewodnictwa i stąd przywraca oporność elektryczną do zwojów. Dlatego też elektromagnesy nadprzewodzące są tylko w stanie wytwarzać pola leżące poniżej owej wartości progowej powodującej nawrót ich oporności elektrycznej.

#4. Elektromagensy są podatne na zużycie elektryczne. Konfiguracja geometryczna elektromagnesów jest tak uformowana, że kierunek największych sił pola elektrycznego nie pokrywa się z ułożeniem przewodnika w zwoje (t.j. siły tego pola starają się powodować przepływ prądu w poprzek uzwojeń, podczas gdy ułożenie warstewek izolacyjnych wymusza ten przepływ wzdłuż zwoi po spirali). To z kolei skierowywuje niszczące działanie energii elektrycznej na izolacje zwojów elektromagnesu. Po upływie określonego czasu energia ta powoduje więc przebicie elektryczne izolacji jakie inicjuje zniszczenie całego tego urządzenia (t.j. wywołuje spięcie elektryczne w uzwojeniach elektromagnesu które następnie topi zwoje i niszczy cały elektromagnes).

#5. Elektromagnesy uniemożliwiają sterowanie swoim działaniem za pomocą słabych sygnałów sterujących. Parametry wytwarzanego przez nie pola magnetycznego mogą być zmieniane tylko poprzez zmiany w mocy zasilającego prądu elektrycznego. Dlatego też kontrolowanie elektromagnesu wymaga użycia tych samych mocy jak moce niezbędne do wytwarzania pola magnetycznego.

Jedyną drogą do wyeliminowania pięciu powyższych najistotniejszych wad wrodzonych elektromagnesów jest zastosowanie do wytwarzania pola całkowicie odmiennej zasady działania. Zasada taka, wynaleziona przez autora, zostanie zaprezentowana w dalszych częściach tego rozdziału. Ponieważ zasada ta wykorzystuje mechanizm oscylacyjnych wyładowań elektrycznych następujących we wnętrzu komory sześciennej, nazwana ona została "komorą oscylacyjną".

Zasada działania komory oscylacyjnej nie posiada powyżej opisanych wad i ograniczeń elektromagnesów uniemożliwiających zwiększanie ich wydatku (sposób eliminacji w niej owych wad opisano w podrozdziale C5). Ponadto, zapewnia ona bardziej proste oraz efektywne wytwarzanie i użytkowanie, długi okres użytkowania bez konieczności dokonywania napraw, niezwykle wysoką wartość stosunku wydatek-do-ciężaru, oraz szeroki zakres zastosowań komory (np. jako urządzenia napędowego, akumulatora energii, źródła pola magnetycznego, itp. - patrz tablica C1). Wyjaśnienia jakie nastąpią (szczególnie te z podrozdziału C6) opiszą mechanizm umożliwiający osiągnięcie wszystkich tych dodatkowych zalet. Niewystępowanie więc w komorze oscylacyjnej wszystkich wad wrodzonych elektromagnesów, w połączeniu z licznymi zaletami operacyjnymi, uzasadniają celowość szybkiego podjęcia jej budowy, tak aby to niezwykłe urządzenie już wkrótce mogło zastąpić obecnie używane elektromagnesy.

C2. Zasada działania komory oscylacyjnej
Prąd elektryczny przepływający przez zwoje przewodnika nie jest jedynym źródłem kontrolowanego pola magnetycznego. Innym dobrze znanym takim źródłem jest iskra elektryczna, t.j. zjawisko reprezentujące energię elektryczną w najczystszej z postaci. Znanych jest wiele sposobów na wytwarzanie iskier elektrycznych, jednakże dla zastosowań opisywanych tutaj najprzydatniejszym jest tzw. "obwód oscylacyjny z iskrownikiem". Unikalną własnością takiego obwodu jest jego zdolność do pochłaniania, sumowania i najefektywniejszego wykorzystywania energii elektrycznej dostarczonej do niego. Energia ta następnie manifestuje się w postaci zwolna zanikającej serii iskier elektrycznych wytwarzanych przez ten obwód.

Wynalezienie obwodu oscylacyjnego z iskrownikiem nastąpiło w roku 1845 przez fizyka amerykańskiego, Joseph'a Henry. Zauważył on, że jeśli rozładować butelkę Laydenską poprzez uzwojenia induktora, wtedy otrzymywało się oscylującą iskrę. W kilka lat potem Lord Kelvin, fizyk i inżynier angielski, dowiódł matematycznie że wyładowanie w tak skonstruowanym obwodzie musi następować w sposób oscylacyjny.

W tym miejscu należy podkreślić że obwód oscylacyjny z iskrownikiem był pierwszym obwodem wynalezionym na naszej planecie jaki wytwarzał drgania elektryczne. Jego zbudowanie wnosiło więc równie rewolucyjne konsekwecje jak przykładowo opracowanie pierwszej maszyny parowej. Obwód ten dostarczył bowiem fundamentów poznawczych dla późniejszego uformowania wielu oddzielnych dziedzin nauki bazujących właśnie na drganiach elektrycznych, przykładowo elekroniki czy cybernetyki, zaś na jego zasadzie oparte jest działanie ogromnej ilości dzisiejszych urządzeń, takich jak radia, telewizory, komputery, przyrządy pomiarowe, oraz wiele innych.

C2.1. Inercja elektryczna induktora stanowi siłę motoryczną dla oscylacji w tradycyjnym obwodzie oscylacyjnym z iskrownikiem

Rysunek C1 (a) pokazuje tradycyjną konfigurację obwodu elektrycznego z iskrownikiem, tzn. konfigurację wynalezioną przez Henry'ego. Najbardziej wyróżniającą się cechą tego obwodu jest, iż powstaje on poprzez połączenie razem w jeden obwód zamknięty trzech istotnych elementów, t.j. L, C1 i E, jakie przyjmują formę oddzielnych części lub urządzeń. Części te to: (1) induktor L, zawierający długi przewód zawinięty we wiele zwojów, który dostarcza obwodowi własności zwanej "indukcyjność"; (2) kondensator C1, którego własność zwana "pojemnością elektryczną" umożliwia obwodowi gromadzenie ładunków elektrycznych; (3) iskrownik E, którego dwie równoległe elektrody, prawa ER i lewa EL oddzielone od siebie warstewką gazu, wprowadzają przerwę iskrową do obwodu.

Kiedy na płytki PF i PB kondensatora C1 przyłożone zostają ładunki elektryczne "+q" i "-q", powoduje to przepływ prądu elektrycznego "i" poprzez przerwę iskrową E oraz induktor L. Prąd "i" musi przejawiać się w postaci iskier "S" i musi także wytworzyć strumień magnetyczny "F". Mechanizm kolejnych transformacji energii następujących w induktorze L (jaki niezależnie od niniejszego podrozdziału opisany jest także we wielu książkach z zakresu elektroniki i fizyki) powoduje, iż iskra "S", gdy już raz się pojawi pomiędzy elektrodami E, będzie oscylowała tam tak długo, aż energia obwodu zostanie rozproszona.

Obwód oscylacyjny z iskrownikiem reprezentuje elektryczną wersję wielu istniejących obecnie urządzeń jakie wytwarzają jedno z najbardziej powszechnych w naturze zjawisk, t.j. ruch drgający. Analogią mechaniczną do tego obwodu, znaną doskonale każdemu, jest huśtawka. We wszystkich urządzeniach wytwarzających taki ruch, t.j. zarówno w obwodzie oscylacyjnym jak i huśtawce, pojawienie się oscylacji wywoływane jest działaniem Zasady Zachowania Energii. Zasada ta powoduje, iż energia początkowa dostarczona do takiego urządzenia oscylacyjnego, zostaje następnie w nim uwięziona w procesie nieustannie powtarzających się transformacji w dwie formy: energii potencjalnej i energii kinetycznej. W przypadku obwodu oscylacyjnego z iskrownikiem, "energia potencjalna" reprezentowana jest przez pole elektryczne przeciwstawnych ładunków elektrycznych "+q" i "-q" zgromadzonych na obu okładzinach kondensatora - patrz rysunek C1 (a). Właśnie różnica potencjałów elektrycznych spowodowana obecnością tych ładunków, formuje siłę motoryczną jaka wymusza przepływ prądu "i" poprzez dany obwód. W przypadku huśtawki, ta sama energia potencjalna zostaje wprowadzona na drodze odchylenia jej ramienia, wraz z zamocowanym do niego siedzeniem, od położenia pionowego. W rezultacie, ciężar z danej huśtawki (np. siedzące na niej dziecko) wzniesiony zostanie na określoną wysokość. Energia potencjalna tego ciężaru wymusza później jego przyspieszanie w dół do pozycji równowagi. Druga z form energii, t.j. "energia kinetyczna", w obwodzie oscylacyjnym z iskrownikiem manifestuje się w formie strumienia "F" pola magnetycznego wytwarzanego przez induktor L. W huśtawce, ta sama energia kinetyczna pojawia się w postaci szybkiego ruchu ciężaru przyłożonego do jej siedzenia.

Wzajemne tranformowanie się energii potencjalnej w energię kinetyczną, i vice versa, wymaga istnienia rodzaju pośrednika jaki aktywuje mechanizm zamiany tej energii. Ów pośrednik jest wprowadzany przez element odznaczający się własnością zwaną "inercja". Inercja jest więc czynnikiem napędowym niezbędnym dla podtrzymywania oscylacji w dowolnym układzie drgającym. Działa ona jak rodzaj "pompy" jaka wymusza transformacje energii z formy potencjalnej, w formę kinetyczną, a potem znowóż w odwrotną formę potencjalną. Owa "pompa" zawsze stara się odtworzyć początkową ilość energii potencjalnej, istniejącą w chwili rozpoczęcia się danego cyklu oscylacji, pomniejszoną jedynie przez wielkość jej rozproszenia następującego w czasie oscylacji. Stąd też element inercyjny jest najbardziej istotnym składnikiem każdego układu drgającego. W obwodzie oscylacyjnym z iskrownikiem jego funkcję wypełnia induktor L, którego induktancja (wyrażona w jednostkach zwanych "henry") reprezentuje inercję elektryczną. W huśtawce, inercja mechaniczna jest dostarczana przez masę jej ładunku (wyrażoną w kilogramach). Powyższe jest powodem dla którego induktancja w oscylacjach elektrycznych jest uważana za odpowiednik masy w drganiach mechanicznych.



Aby zwiększyć inercję mechaniczną koniecznym jest dołożenie dodatkowej masy do tej już uczestniczącej w transformacjach energii. Natomiast zwiększenie inercji elektrycznej wymaga wydłużenia przewodnika w którym przepływający przez niego prąd elektryczny wystawiony zostaje na działanie swego własnego pola magnetycznego. Praktycznie jest to uzyskiwane poprzez budowanie induktorów zawierających większą liczbę zwojów tego samego przewodnika, zawiniętych ciasno jednen przy drugim, tak aby każdy z nich znajdował się w zasięgu pola magnetycznego produkowanego przez inne zwoje.

Przeanalizujmy teraz mechanizm wytwarzania drgań elektrycznych w obwodzie oscylacyjnym z iskrownikiem pokazanym na rysunku C1 (a). Załóżmy, że w początkowej chwili czasowej t=0 elektrody PB i PF kondensatora C1 posiadają zgromadzone już na nich przeciwstawne ładunki "+q" i "-q", oraz że prąd elektryczny "i" w induktorze L wynosi zero. W owej chwili czasowej cała energia obwodu jest więc przechowywana na okładzinach kondensatora C1 w formie energii potencjalnej. Przeciwstawne ładunki zgromadzone na okładzinach kondensatora C1 wywołują siłę elektromotoryczną jaka inicjuje przepływ prądu "i". Aby ułatwić interpretację zachowania się iskier, w tej publikacji prąd elektryczny zdefiniowany jest jako ruch elektronów od bieguna negatywnego do pozytywnego. Prąd "i" pojawia się na elektrodach E jako iskra elektryczna "S", podczas gdy w induktorze L wytwarza on strumień magnetyczny "F". Podczas gdy różnica ładunków "q" zakumulowanych na okładzinach kondensatora C1 ulega zmniejszeniu, ich energia potencjalna mająca formę pola elektrycznego także ulega zmniejszeniu. Owa energia zostaje przetransformowana w pole magnetyczne jakie pojawia się wokół induktora w efekcie przepływu przez niego prądu "i". Stąd w tej pierwszej fazie oscylacji, jaką możemy nazwać fazą aktywną, pole elektryczne się zmniejsza, pole magnetyczne się zwiększa, zaś energia zostaje transformowana z postaci potencjalnej w postać kinetyczną płynąc od kondensatora C1 do induktora L. Kiedy cały ładunek na kondensatorze C1 zaniknie, pole elektryczne w tym kondensatorze osiągnie zero, zaś energia potencjalna przechowywana w tym polu w całości zostanie przetransformowana w pole magnetyczne "F" induktora L. Siła elektromotoryczna jaka poprzednio powodowała przepływ prądu "i" zostaje więc wyeliminowana. Jednakże prąd w przewodniku kontynuuje transportowanie negatywnych ładunków z płyty PB kondensatora C1 do płyty PF, właśnie z powodu działania inercji elektrycznej. Inercja ta powstrzymuje prąd "i" (a więc także iskrę "S") przed zaniknięciem i utrzymuje jego przepływ kosztem energii kinetycznej zawartej w polu magnetycznym. W tej drugiej więc fazie oscylacji, jaką możemy nazwać fazą inercyjną, energia przepływa już z induktora L z powrotem do kondensatora C1, powodując ponowne odbudowywanie istniejącego tam uprzednio pola elektrycznego. Stopniowo cała energia kinetyczna pola magnetycznego zostaje przetransformowana z powrotem na energię potencjalną kondensatora C1. Po owym odbudowaniu, sytuacja uzyskana w owej chwili t= T podobna będzie do sytuacji początkowej w chwili t=0, tyle tylko że kondensator będzie teraz naładowany w odwrotny sposób. W dalszej fazie oscylacji kondensator C1 rozpocznie ponowne rozładowanie, zaś cały opisany powyżej proces powtórzy się ponownie, tym razem w przeciwstawnym kierunku. Po czasie t=T (gdzie "T" jest tzw. "okresem pulsacji" lub "okresem oscylacji" danego obwodu) sytuacja wróci więc do stanu identycznego jak w chwili początkowej t=0. Raz więc zastartowane, takie oscylacje będą trwały aż oporność procesu rozproszy wymaganą do jego podtrzymywania energię.

C2.2. W zmodyfikowanym obwodzie oscylacyjnym z iskrownikiem inercji elektrycznej dostarczy induktancja iskry elektrycznej


Yüklə 1,36 Mb.

Dostları ilə paylaş:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   29




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©www.genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə