Баланс мощности электромотора-генератора

Мотор-генератор МГ-1 имеет обычный ротор и обычный статор. Роль мотора у него выполняет ротор, а роль генератора - статор (рис. 162). Потребовалось около 100 лет, чтобы понять, как заставить ротор генератора вращаться без постороннего привода.

Рис. 162. Фото мотора-генератора МГ-1

Прежде всего, рассмотрим баланс мощности МГ-1 на холостом ходу. Теоретическая структура этого баланса представлена на рис. 163. В момент начала вращения ротора его пусковой момент преодолевает сопротивления в виде моментов механических и рабочих сопротивлений и в виде инерциального момента . Сумма этих сопротивлений равна (рис. 163). Как только ротор начинает вращаться равномерно, то инерциальный момент становится положительным и не сопротивляется вращению ротора, а способствует его равномерному вращению (рис. 162). Равномерному вращению ротора сопротивляются только рабочая нагрузка и механические, и аэродинамические сопротивления - . Осциллограмма импульсов напряжения и тока в момент начала вращения ротора, представленная на рис. 164, убедительно доказывает это. Она записывалась с сопротивлением 0,1Ома. Это значит, что в одном делении осциллограммы 0,5/0,1=5А.Поскольку на ряде осциллограмм присутствуют посторонние импульсы, то все они обрабатывались, так называемым, ручным способом с соответствующей погрешностью.

Рис. 163. График изменения вращающих моментов, действующих на ротор МГ-1

при запуске его в работу, и при равномерном вращении

Рис. 164. Осциллограмма пусковых значений напряжения и тока

обмотки возбуждения ротора без маховика

Амплитуда первого импульса тока более 10А. Она больше средней амплитуды почти в 2 раза и это естественно, так как в этот момент вращению ротора сопротивляются не только механические моменты , но и инерциальный момент (рис. 164). Анализ осциллограммы на рис. 164, показывает, что величины амплитуд импульсов тока становятся одинаковыми, примерно, после 5-го импульса. Это значит, что равномерное вращение ротора начинается после 5-го импульса. На рис.163 момент, когда инерциальный момент становится положительным , соответствует точке В. Амплитуда первого импульса напряжения = 100В, а амплитуда первого импульса тока (рис. 164) =10А. Это значит, что мощность пускового импульса равна 100х10=1000Вт. Она реализуется на преодоление инерциального момента и забирается у первичного источника энергии один раз, в момент пуска ротора в работу, и поэтому не учитывается в балансе мощности МГ-1, которая реализуется в течение многих часов его работы.

Поскольку инерциальный момент ротора участвует в процессе его пуска, то надо знать его величину. Для этого надо, прежде всего, определить кинетическую энергию равномерно вращающегося ротора и механическую мощность на его валу при этом вращении.

Связь между кинетической энергией равномерно движущегося тела и его мощностью следует из работы, совершаемой при его равномерном движении за одну секунду.

(292)

Связь между кинетической энергией равномерно вращающегося тела и его мощностью также следует из работы, совершаемой им при равномерном вращении за одну секунду

(293)

Таким образом, численная величина кинетической энергии, равномерно вращающегося ротора, равна механической мощности на его валу. Физическую суть, выполненных нами математических преобразований (293), можно описать кратко так. Поскольку ротор вращается равномерно, то для определения механической мощности , скрытой в его вращении, надо его кинетическую энергию разделить на время . В каждую секунду вращательное движение ротора совершает работу, выражаемую в Джоулях (Дж). Это значит, что его механическая мощность численно равна величине кинетической энергии , делённой на секунду Дж/с=Вт. Она все время присутствует на валу ротора в процессе его вращения с постоянной скоростью. Это присутствие реализуется величиной инерциального момента .

Из первого закона Ньютона следует, что при равномерном вращении тела на него не действуют никакие силы или моменты сил. Это эквивалентно отрицанию инерциального момента на валу ротора при его равномерном вращении. Чтобы убедиться в ошибочности этого отрицания, определим величину инерциального момента на валу ротора МГ-1. При этом надо учесть, что величина энергии, расходуемой на преодоление инерциального момента в момент пуска ротора, равна кинетической энергии его равномерного вращения. Для определения этой энергии необходимо знать массу ротора, момент его инерции и обороты . Тогда кинетическая (механическая) энергия (мощность) ротора, равномерно вращающегося с n=2000 об/мин, равна

. (294)

Инерциальный момент , генерирующий кинетическую энергию (294) равномерно вращающегося ротора, равен

. (295)

Мы вычислили величину мощности (294) на валу равномерно вращающегося ротора и инерциальный момент (295), сопровождающий это вращение и не признаваемый динамикой Ньютона. Таким образом, на валу равномерно вращающегося ротора МГ-1, с = 2000об/мин. постоянно присутствует механическая мощность, равная 58,80 Вт (294) и инерциальный момент, генерирующий эту мощность, равный 0,28Н (295).

Напряжение от первичного источника питания подаётся в обмотку возбуждения ротора МГ-1 (рис. 162). Амплитуды импульсов напряжения равны , а их скважность равна . Если импульсы тока привести к прямоугольной форме, то скважности импульсов напряжения и тока будут равны . Тогда средняя величина амплитуды тока будет равна . С учётом этого средние значения импульсов напряжения и тока будут равны:

; (296)

, (297)

а средняя электрическая мощность холостого хода на валу ротора (рис. 165) равна

. (298)

Рис. 165. Импульсы напряжения и тока в обмотке ротора на холостом ходу

А теперь разберёмся с физическим смыслом импульса мощности, представленной в формуле (298). На рис. 165 положительный инерциальный момент, соответствует механической энергии (мощности) равномерно вращающегося ротора. Мощность, соответствующая этому моменту, равна 58,80 Вт (294). Эта мощность присутствует на валу ротора постоянно при его равномерном вращении. Когда в обмотку ротора подаются импульсы напряжения с амплитудой , то одновременно формируется импульс тока с амплитудой (рис. 165). Средние значения этих импульсов равны: (296), (297), а их средняя электрическая мощность равна 3,13 Ватта (298). Это реальная электрическая мощность импульсов, поданных от первичного источника энергии в обмотку ротора. Она складывается с величиной инерциальной механической мощности 58,80 Ватта (294), постоянно присутствующей на его валу при равномерном вращении ротора. Суммарная импульсная мощность на валу ротора, в момент подачи в его обмотку импульса напряжения от первичного источника питания, равна

(299).

В результате этого постоянный инерциальный момент получает импульсную прибавку (рис. 163), величина которой соответствует импульсу электрической мощности (298). Эта прибавка идёт на преодоление сопротивлений , которые формируются процессами генерации напряжения и тока в обмотке ротора в моменты, когда его цепь замкнута (рис. 163, интервалы и ). Как только цепь ротора размыкается, то сопротивления формирующиеся импульсами электрической мощности, рождающей импульсы инерциальных прибавок к инерциальному моменту , исчезают (рис. 163, интервал или D…E), а оставшийся запас инерциального момента продолжает вращать ротор до получения им следующего импульса (рис. 163, точка ). Из этого следует, что ротор забирает из сети импульсы электрической энергии. Их средняя мощность равна 3,13 Ватта (298). Из изложенного следует закон формирования мощности в электрической цепи. Он гласит: средняя мощность в любом сечении электрической цепи равна произведению средних значений напряжения и тока (291).

Мы рассмотрели процесс пуска ротора МГ-1 и процесс его равномерного вращения и нас удивляет мизерная величина электрической мощности 3,13 Вт (298), которая вращает равномерно ротор с массой 2,65 кг и частотой 2000 об./мин на холостом ходу. Это удивление – следствие не учета нашим воображением 58,80Вт мощности, постоянно присутствующей на валу ротора МГ-1 при его равномерном вращении. Этот не учёт сформирован ошибочным первым законом Ньютона. Надо понимать, что мощность 3,13 Вт реализуется только на генерацию импульсов напряжения и тока в обмотке возбуждения ротора, которые формируют импульсные механические инерциальные прибавки к инерциальному моменту , преодолевающему все механические сопротивления.

Таким образом, постоянно присутствующая механическая мощность 58,80 Вт на валу ротора преодолевает все виды постоянных сопротивлений его вращению, а импульсы электрической мощности 3,13Вт (рис. 163, интервалы . ), формируя импульсы магнитных моментов при взаимодействии магнитных полюсов ротора и статора, генерируют импульсные инерциальные прибавки инерциальному моменту и одновременно формируют рабочие импульсы ЭДС индукции и ЭДС самоиндукции в обмотке статора.Это очень экономный процесс одновременного генерирования электрических и механических импульсов мощности.

1. ТРАНСМУТАЦИЯ ЯДЕР

Альфа – распад

Человечество израсходовало самые большие финансовые ресурсы для изучения ядер атомов. Это дало, как положительный результат – атомную энергию, так и отрицательный – ядерное оружие. Приходит пора, когда все усилия надо направить на получение знаний о ядрах атомов, которые дают только пользу человечеству. Однако, на этом пути по прежнему остаётся непреодолимая преграда – отсутствие теории ядер, из которой следовали бы их модели. Пока капельная модель ядра считается наиболее близкой к реальности, но она, как и капля воды, не раскрывает структуру элементов, которые формируют её. Обусловлено это рядом причин, но главная из них – ошибочность представлений об орбитальном движении электронов в атомах. Живучесть этой ошибочности – вероятностный туман о поведении электрона в атоме, следующий из уравнения Шредингера. Чтобы успешно рассеять этот туман, надо было тщательно проанализировать результаты экспериментальной спектроскопии. В ней скрыта информация о поведении электронов в атомах и молекулах. Пятнадцать лет назад эта задача была успешно решена.

Тщательный анализ спектра атома водорода и других атомов и ионов позволил найти закон формирования их спектров, из которого однозначно следовало линейное взаимодействие электронов с протонами ядер атомов. Постепенное накопление новой информации о спектрах атомов и ионов, позволило сформулировать ряд гипотез о структуре ядра.

Линейное взаимодействие электрона с ядром атома возможно только при расположении протона на поверхности ядра. Из этого следует, что протон имеет две связи: одну с электроном, а другую - с нейтроном. Связь протона с нейтроном уже давно названа ядерной, а силы, реализующие её, – ядерными силами. Физическая природа этих сил до сих пор не установлена. Поэтому возникла необходимость найти её. Было обращено внимание на очень большую напряженность магнитного поля в центре симметрии электрона, равную . У протона она оказалась значительно больше – . Поскольку напряжённость магнитного поля убывает от центра его симметрии в кубической зависимости, то появились основания для формулировки гипотезы: ядерные силы имеют магнитную природу.

Далее, из экспериментальной информации о ядрах следует, что с увеличением количества протонов и нейтронов в ядрах доля лишних нейтронов увеличивается. Это означает, что нейтрон имеет в ядре больше связей, чем протон. Для проверки этого предположения была сформулирована гипотеза: нейтрон имеет шесть связей. Вполне естественно, что в условиях отсутствия детальной информации о структуре протона и нейтрона пришлось считать их для начала сферическими, с равными радиусами сфер (рис. 166). Последующая проверка перечисленных гипотез путём построения моделей ядер дала такое обилие информации, совпадающей с экспериментальными данными ядерной физики, что указанные гипотезы уверенно заняли пьедестал постулатов.

Правила формирования моделей ядер автоматически следовали из экспериментальной информации о них. Эти правила позволили в течение нескольких дней построить ядра первых 29 химических элементов.

Случилось это в начале ХХI века. С тех пор автор не пытался построить модели более сложных ядер, считая, что этого достаточно, чтобы другие продолжили эту работу. Конечно, наличие финансирования экспериментальных исследований, связанных с ядрами, стимулировало бы этот процесс, но его нет, поэтому рассмотрим давно известные ядерные процессы: альфа и бета распады. Начнём с альфа - распада.

Известно, что радиоактивные ядра испускают альфа – частицы – ядра атомов гелия (рис. 166, b и c), состоящие из двух нейтронов и двух протонов. Изотопы гелия могут иметь ядра с одним (рис. 166, а), тремя и даже большим количеством нейтронов. Ядро, имеющее два нейтрона и два протона, является стабильным. Известно также, что магнитный момент атома гелия может быть равен нулю. Такие атомы имеют структуру ядра, показанную на рис. 166, с.

А) b) c)

D) e) f)

H) j) g)

Рис. 166: a), b), c) - схемы ядер атома гелия – альфа-частицы (светлые - протоны,

серые – нейтроны); d), e), f) - схемы ядер атома неона (серые и тёмные - нейтроны);

g), h), j) - схемы ядер aтома кислорода

Ближайшим химическим элементом, входящим в восьмую группу вместе с гелием, является неон. Схемы моделей его ядер показаны на рис. 166, d, e, f. Как видно, они содержат ядра атома гелия, что полностью соответствует периодической таблице Д.И. Менделеева.

Эксперименты показывают, что альфа – распад приводит к рождению химических элементов сдвинутых влево в таблице химических элементов. Если бы неон был радиоактивен и испускал бы альфа - частицы (рис. 166), то его ядра превращались бы в ядра атома кислорода (рис. 166, g, h, j), подтверждая указанный экспериментальный факт.

Поскольку ядра радиоактивных элементов, таких как уран, ещё не построены, то мы используем для анализа процесса альфа – распада ядра более простых химических элементов, например, неона (рис. 166, d, e, f).

Прежде всего, напомним, что синтез атома – это процесс ступенчатого сближения электронов с протонами ядра и излучение электронами фотонов с длиной волны от реликтового диапазона до начала рентгеновского диапазона. Процесс же поглощения фотонов электронами атомов возвращает электроны на более высокие энергетические уровни, где энергии связи их с протонами ядер могут стать равными нулю, и они окажутся свободными. Состояние, при котором электроны атома излучают или поглощают фотоны названо возбуждённым. Когда эти процессы заканчиваются и электроны опускаются на самые нижние (близкие к протонам ядер) энергетические уровни, атом переходит в невозбуждённое состояние.

Аналогично идут процессы синтеза и радиоактивного распада ядер атомов. Процесс синтеза ядер сопровождается ступенчатым сближением протонов с нейтронами и излучением гамма фотонов и фотонов дальней рентгеновской зоны. Процесс излучения заканчивается при максимальном сближении протонов с нейтронами и наступает невозбужденное состояние ядра. Однако, в среде, окружающей ядро, могут существовать гамма фотоны или фотоны дальней рентгеновской зоны. Протоны ядра, поглощая их, вновь возбуждаются.

С учетом изложенного возникает вопрос о последовательности процесса альфа – распада. Есть основания полагать, что он начинается с потери связи между электронами атома и протонами, входящими в состав альфа – частицы, в момент, когда она ещё связана с ядром, и превращением радиоактивного атома в ион. Лишь только в этом случае излучится альфа – частица, а не атом гелия.

Протоны альфа частицы, находящейся в ядре, освободившись от электронов, имеют свободные внешние связи, которые позволяют им поглощать фотоны. В результате энергии связей протонов или их совокупностей, подобных альфа – частицам, с нейтронами ядра, уменьшаясь, почти выравниваются. Это свойство установлено экспериментально и называется насыщением ядерных сил.

При этом связь между нейтроном альфа - частицы и другим нейтроном, через который альфа – частица связана с остальной частью ядра, может стать меньше энергии, формируемой кулоновскими силами, отталкивающими протоны. В результате альфа – частица выталкивается из ядра. Процесс отделения альфа – частицы от ядра зависит от энергии фотона, поглощённого протоном альфа – частицы. Он наступает только тогда, когда поглощенный фотон, уменьшает энергию связи между нейтронами (места этих связей показаны на рис. 166, d, e j стрелками) до величины меньшей энергии, формирующей кулоновские силы, действующие между протонами ядра.

Известно, что альфа – частица покидает ядро атома урана , поглотив фотон с энергией E=4,2 МэВ. Радиус (или длина волны) этого фотона равен

(300)

Это фотон начала гамма диапазона. Поскольку протоны расположены на поверхности ядер, то они формируют мощный положительный потенциал, который выталкивает альфа - частицу, отделившуюся от ядра, и сообщает ей скорость. Экспериментально установлено, что пробег этой частицы в воздухе может достигать 4 см. С виду, это небольшой пробег, но он больше размера ядра и самой частицы на 12 порядков.

Вполне естественно, что альфа – частица, имея положительный заряд, ионизирует атомы и молекулы среды, в которой она движется, и их электроны начинают излучать фотоны, формирующие след частицы в среде. Это – главная экспериментальная информация, позволяющая изучать альфа – частицы и их поведение.

Бета – распад

Бета – распад – излучение нейтронами электронов, которые объединяются в кластеры и называются тяжёлыми электронами или отрицательно заряженными бета – частицами. Одна из главных причин бета – распада – нестабильность нейтрона в свободном состоянии. Период его полураспада равен всего 12 мин. Бета – распад значительно сложнее альфа – распада, поэтому в нём больше противоречивой информации. Он сопровождается не только процессами излучения электронов нейтронами, но процессами поглощения электронов протонами. Главная особенность этих процессов заключается в том, что нарушается баланс масс до распада нейтрона и после, а также поглощение протоном дробного количества электронов.

Чтобы спастись от непонимания этого таинственного явления, физики придумали частицу, которая уносит недостающую массу, и назвали её нейтрино. Поскольку нет ни единого эксперимента прямой регистрации этой частицы, то ей придали экзотические свойства – отсутствие заряда и массы покоя, а также скорость, равную скорости света, и абсолютную проницаемость. Удивительно, но фотон имеет эти же свойства, за исключением абсолютной проницаемости, и великолепно проявляет себя в неисчислимом количестве экспериментов. Почему нейтрино, имея такие же свойства, никак не проявляет себя? Об этом даже и не задумались, продолжая попытки найти экспериментальные факты, где нейтрино, вроде бы проявляет себя.

Удивительно и то, что эксперты Нобелевского комитета легко соглашаются со столь сомнительными достижениями и продолжают выдавать за них премии. А почему не посмотреть на таинственную роль нейтрино по новому?

Известно, что эксперименты бывают прямые и косвенные. Первые сразу дают необходимый результат, а вторые – лишь косвенную информацию о том, что полученный результат соответствует реальности. Тут есть основания ввести понятие ступени косвенности. Можно считать близким к реальности показатель соответствующий первой ступени косвенности. Увеличение количества этих ступеней переводит процесс познания, который назван в народе: гадание на кофейной гуще. Что касается нейтрино, то оно проявляет себя в экспериментах 5–ой или даже в 10-ой ступени косвенности. Тем не менее, ученые сохраняют серьёзность в оценке достоверности такой информации, так как отказ от её достоверности оказывается слишком дорогим для их тщеславия. Он разрушает с трудом построенное теоретическое здание не только ядерной, но и атомной физики.

Мы не связаны с этими заблуждениями, поэтому поступим просто: сформулируем новую гипотезу и посмотрим на её плодотворность. Часть массы исчезающей в ядерных процессах, не оформившись ни в какую частицу, образно говоря, растворяется, превращаясь в субстанцию, называемую эфиром. Мы уже показали, что эфир является основным источником восстановления массы электрона после излучения им фотонов. Так что если величина теряемой массы не соответствует стабильной массе какой-либо элементарной частицы, то эта масса не оформившись ни в какую частицу, превращается в эфир. А теперь приведём количественные расчёты.

Известно, что масса покоя электрона , масса покоя протона , а масса покоя нейтрона . Разность между массой нейтрона и протона оказывается равной . Это составляет масс электрона.

Таким образом, чтобы протон стал нейтроном, он должен захватить 2,531 электрона. Поскольку поглощается только целое число электров, то возникает вопрос: куда девается остаток массы электрона? Современная физика нарушенный баланс масс в этом процессе объясняет просто: рождением нейтрино.

Изложенное позволяет полагать, что протон может поглощать не единичные электроны, а их кластеры. Однако, в любом случае часть электрона с массой останется не поглощенной потому, что лишняя масса не нужна протону для поддержания его стабильного состояния. Не сформировавшись ни в какую частицу, она разрушается, превращаясь в субстанцию, которую мы называем эфиром.

Таким образом, если протон ядра поглощает 2,531 масс электрона, то он становится нейтроном и рождается ядро нового химического элемента с меньшим количеством протонов. Вполне естественно, что новый химический элемент окажется левее старого в таблице Д.И. Менделеева.

Известно, что нейтрон, излучивший электроны, превращается в протон. Вполне естественно, что при этом появляется ядро нового химического элемента, расположенного в периодической таблице правее старого элемента.

Во всех этих случаях появляется дисбаланс масс, обусловленный тем, что электрон, протон и нейтрон существуют в стабильном состоянии только при строго определённой массе. Конечно, описанные процессы сопровождаются излучениями и поглощениями гамма фотонов, которые вносят свой вклад в формирование дисбаланса масс ядер на разных стадиях их трансформации, но мы пока не будем останавливаться на детальном анализе этих процессов.