АТМОСФЕРНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к источникам энергии, предназначенным для преобразования статической электрической энергии атмосферы в переменную электроэнергию, используемую для нужд человека, а также к источникам, чувствительным к различным излучениям, идущими из атмосферы, и предназначенным для преобразования энергии этого излучения в электрическую энергию.
Известен элемент солнечной батареи, вырабатывающий электричество на любом удалении от стационарных источников, и содержащий полупроводниковую пластину с выпрямляющим переходом типа металл-полупроводник, с примыкающей к нему высокоомной областью с омическим контактом, и полупроводниковую подложку. При этом переход металл-полупроводник образован слоем силицида кремния, расположенным на подложке [Элемент солнечной батареи. Заявка РФ №2002115830, H01L 31/00, заявл 17.06.2002, опубл. 27.01.2004.] [1].
Недостатком этого источника энергии является то, что его работа зависит от погодных условий и времени суток (наличие Солнца). Кроме того, он имеет присущую всем солнечным батареям высокую цену из-за используемых для его изготовления дорогостоящих материалов.
Известен способ аккумулирования атмосферной электроэнергии, при котором также вырабатывают электричество на любом удалении от стационарных источников. Этот способ заключается в том, что вверх запускают аэростат, помещенный в электропроводящую оболочку 1, удерживают его с помощью троса 6 и лебедки 7 с электродвигателем на высоте 300-1000 метров и передают аккумулированную поверхностью аэростата энергию статического электрического поля Земли через изолированный электропровод 10 на емкостной накопитель 17, находящийся на Земле. Естественную нестабильность величины статического напряжения уменьшают с помощью индуктивности 13, включенной между предохранителем 12 и измерителем тока 15 [Способ аккумулирования атмосферной электроэнергии. Патент РФ №2293451, H05F 7/00, заявл. 20.07.2004, опубл. 10.02.2007 г] [2].
Недостатками этого способа являются:
- громоздкое и дорогостоящее оборудование;
- малая мобильность;
- высокая цена аккумулируемой энергии;
- необходимость контроля оператором режима работы;
- зависимость от погодных условий (ветер, дождь, гроза, обледенение);
- малая надежность работы.
Ближайшим аналогом (прототипом) к заявляемому устройству является устройство для использования излучаемой разными природными источниками энергии, предназначенное для преобразования этой энергии в переменную электрическую энергию [Apparatus for the Utilization of Radiant Energy. N. Tesla. Patent USA No. 685,957. Patented Nov.5, 1901 [3].
Это устройство изображено на фиг.1, где приняты следующие обозначения:
1(Р) - металлическая пластина в воздухе,
2(d) - разрядник (искровое устройство),
3(С) - конденсатор,
4(R) - приемник энергии (нагрузка),
5(Р) - металлическая пластина в земле (заземление).
В устройстве металлическая пластина 1 (антенна) поднимается высоко вверх над Землей и соединяется с конденсатором 3, находящимся на поверхности Земли. Другой контакт конденсатора через пластину 5 заземляется. Как полагал автор патента, пластина 1, поднятая вверх, заряжается лучистой энергией Солнца, космических лучей, мелких частиц материи. От пластины 1 по этой причине течет к конденсатору 3 постоянный ток, заряжая его. Заряженный конденсатор 3 пробивает искровое устройство, соединенное с последним. При этом на искровом устройстве 2 выделяется импульс тока, который подается на нагрузку 4. Далее весь процесс периодически повторяется. Чем больше площадь пластины-антенны 1, тем больше получаемая мощность.
Недостатками такого устройства являются:
- необходимость поднимать металлическую пластину-антенну вверх как можно выше;
- для увеличения выходной мощности габариты антенны надо увеличивать;
- громоздкость конструкции и сложность ее обслуживания;
- малая мобильность всего сооружения;
- снижение надежности его работы (например, из-за ветра, дождя, снега);
- режим работы этого источника энергии, как пассивного устройства, зависит от величины потоков заряжающей лучистой энергии, создаваемых разными природными источниками, которые меняют свою интенсивность с течением времени и вносят нестабильность в режим работы.
Техническим результатом заявляемого устройства является возможность создания автономного, мобильного и малогабаритного, простого в обращении источника электроэнергии, работа которого не зависит от времени суток и других внешних факторов. Кроме того, он должен вырабатывать дешевую электроэнергию.
Технический результат достигается тем, что в атмосферный источник электроэнергии, содержащий антенну, выполненную в виде металлической пластины, соединенной через нагрузку с Землей, дополнительно введен генератор периодического напряжения постоянной амплитуды и частоты, к выходам которого своей низковольтной обмоткой подключен повышающий напряжение трансформатор, один конец высоковольтной обмотки которого подключен к антенне, а другой - к нагрузке, причем антенна расположена в непосредственной близости от Земли.
Новым в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом является то, что вместо громоздкого разрядного устройства введен генератор периодического напряжения постоянной амплитуды и частоты, к выходам которого подключен повышающий напряжение трансформатор, один конец высоковольтной обмотки которого соединен с антенной, а другой - с нагрузкой. При этом антенна расположена вблизи Земли.
На фиг.2 представлена схема заявляемого источника электроэнергии, где приняты следующие обозначения:
1 - антенна, выполненная в виде металлической пластины,
2 - генератор периодического напряжения с питающим аккумулятором,
3 - повышающий трансформатор с высоковольтной и низковольтной обмотками,
4 - нагрузка,
5 - заземленная пластина.
Антенна 1 подсоединена к первому контакту высоковольтной обмотки трансформатора 3, низковольтная обмотка которого обоими контактами подключена к выходам генератора периодического напряжения 2. Второй контакт высоковольтной обмотки трансформатора 3 подключен к нагрузке 4, второй конец которой соединен с заземленной пластиной 5. Антенна расположена на малой высоте от Земли.
Работает заявляемое устройство следующим образом.
Генератор 2 вырабатывает переменное напряжение частотой в несколько десятков килоГерц и амплитудой на выходе повышающего трансформатора около тысячи Вольт. Питается генератор от аккумулятора с напряжением 12,6 Вольт. В качестве антенны 1 используется пластина из оцинкованного железа площадью 0,4 кв.м. Она располагаются практически на высоте генератора и изолирована от Земли. Нагрузочный элемент 4 устройства заземлен.
Антенна 1, соединенная с высоковольтной обмоткой трансформатора 3, практически не излучает в пространство радиоволны на частоте колебаний генератора напряжения 2, поскольку длина волны колебаний, производимых генератором 2, выбирается порядка 10-15 километров, а длина антенны, удовлетворяющая условию мобильности и малогабаритности предлагаемого устройства, выбирается в сотни раз короче. Но антенна 1 возбуждает в локальной области пространства вокруг себя переменное высоковольтное электрическое поле. Оно поляризует молекулы воздуха, превращая их в электрические диполи [Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике, Наука, 1985, с.165.] [4]. Поляризованные молекулы выстраиваются вдоль по линиям напряженности поля, при этом поворот осей симметрии поляризованных молекул вдоль линий напряженности увеличивает силу взаимодействия их с источником внешнего поля (антенной). В итоге происходит процесс пространственного упорядочивания в организованной внешним полем среде.
Таким образом, антенна 1 играет роль не излучающего устройства, а уединенного конденсатора в виде одиночной пластины, заряжаемого и разряжаемого переменным напряжением генератора 2. При этом уединенный конденсатор-антенна 1 связан с открытым пространством и «организует» локальную область его. Зарядный и разрядный токи конденсатора-антенны 1 текут через высоковольтную обмотку трансформатора 3, нагрузку 4 и заземленную пластину 5. В нагрузке 4 при этом выделяется энергия.
Известно, что на границе поляризованного диэлектрика (в нашем случае - атмосферного воздуха) между диэлектриком и проводящим телом - конденсатором-антенной 1, будет возникать слой поверхностных поляризационных зарядов. Для нашего случая это атмосферные диполи, ориентированные по линиям напряженности поля [Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике, Наука, 1985, с.167.] [4]. Собственное электрическое поле таких диполей существенно увеличивает электрическую напряженность вблизи поверхности конденсатора-антенны 1 и поэтому вызывает увеличение зарядно-разрядных токов антенны. Это, в свою очередь, увеличивает мощность в нагрузке 4. Зарядно-разрядные токи увеличиваются также при увеличении площади конденсатора-антенны 1. Такой полезный эффект возникает за счет энергии диполей, расположенных в пространстве. Поэтому заявляемое устройство представляет собой именно атмосферный источник электроэнергии.
Для подтверждения полезного эффекта были проведены эксперименты, в которых использовалась схема устройства, изображенного на фиг.3, где приняты обозначения:
2 - генератор периодического напряжения с питающим аккумулятором,
3 - повышающий трансформатор с высоковольтной и низковольтной обмотками,
4 - нагрузка,
6 - конденсатор.
В этой схеме отсутствует антенна 1 и заземление 5, но вместо антенны введен конденсатор 6 величиной в несколько сот пикоФарад, эквивалентный по емкости антенне. Цепь в этой схеме является замкнутой.
При проведении опыта измеряется ток через нагрузку 4 и, при известной ее величине, вычисляется полезная мощность. Одновременно с этим измеряется напряжение аккумулятора и ток, которым питается генератор 2, после чего вычисляется мощность, отдаваемая аккумулятором.
В результате измерений по этой схеме оказалось, что полезная мощность в нагрузке 4 составляет около 60% от всей затрачиваемой мощности аккумулятора, а оставшиеся 40% идут на питание генератора 2 и незначительная часть - на создание реактивной мощности в конденсаторе 6.
Далее были проведены аналогичные измерения по схеме, изображенной на фиг.2, с антенной 1 и заземлением 5, при той же величине резистивной нагрузки 4 и при том же повышающем трансформаторе 3. Оказалось, что мощность, отдаваемая аккумулятором, в обоих случаях одинакова, но мощность в нагрузке 4 при использовании антенны-конденсатора 1 возросла в 2,26 раза. Таким образом, экспериментально показано, что полезный эффект при работе заявляемого устройства существует.
О выходной мощности. Максимальная мощность на выходе заявляемого устройства зависит не только от площади конденсатора-антенны 1, как было указано выше, но и от величины нагрузки 4. Поэтому был проведен еще один эксперимент по схеме фиг.2 с разными величинами нагрузки 4. Данные эксперимента сведены в таблицу, где показано, как увеличивалась мощность в нагрузке 4 с увеличением ее сопротивления.
Таблица.
R, килоОмы
I, Амперы
Р, Ватты
1
0,04
1,6
3
0,038
4,33
8,66
0,03
7,8
20,4
0,022
9,87
Здесь R - сопротивление нагрузки, I - ток через нее, Р - мощность.
Общий вес аккумулятора и генератора 2 составляет 2 кг. Размеры его: 15×12×6,5 см. Площадь пластины-антенны 1, как было указано выше, равняется 0,4 кв.м.
При указанных параметрах конденсатора-антенны 1 и генератора 2 величина мощности 9,5-10 ватт позволит использовать данное устройство как для освещения, так и для работы систем связи, зарядки мобильных телефонов и для других целей. При этом затраты мощности питающего аккумулятора при мощности в нагрузке около 10 ватт, как показали эксперименты, не превышают 4,4 ватта. Для менее мощной нагрузки затраты аккумулятора пропорционально уменьшаются.
С отключением конденсатора-антенны 1, но при работающем на нагрузку 4 генераторе 2, выходная мощность устройства уменьшается на четыре-пять порядков, что подтверждает полезную роль конденсатора-антенны 1, а также существование процессов, возбуждаемых этой антенной в атмосфере. С увеличением емкости уединенного конденсатора 1 выходная мощность устройства также возрастает.
Таким образом, преимуществами заявляемого устройства являются:
1.Простота и удобство в изготовлении и эксплуатации.
2. Малая себестоимость производимой электроэнергии.
3. Стабильный режим работы.
4. Малые размеры и вес, отсюда - мобильность.
5. Нет ограничений в работе на погоду и время суток.
6. Экологически чистый источник энергии: нет шумов, запахов, отходов, выбросов и т.д.
Источники информации:
1. Устройство солнечной батареи, Криворотов А.С.RU №2096693 от 20.12.95.
2. Способ аккумулирования атмосферной электроэнергии, Седов А.Н., Веревкин В.Н. RU №2293451 от 20.7.2004.
3. Apparatus for the Utilization of Radiant Energy. N. Tesla. Patent USA No. 685,957.Patented Nov.5, 1901.
4. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике, Наука, 1985, с.с.165, 167