Результат интеллектуальной деятельности: Устройство демонстрации вращения свободных электронов в замкнутой системе

Изобретение относится к теоретической и экспериментальной физике, в частности, к коррекции законов сохранения импульса и момента импульса и третьего закона Исаака Ньютона и открывает перспективу движения замкнутых механических систем без реактивной тяги - возможности движения так называемых «летающих тарелок» с инопланетянами - пришельцами к планете Земля. Показывается возможность существования действующей силы без ее спутника - противодействующей силы, что позволяет осуществить движение замкнутой системы под действием внутренних сил действия.

Согласно третьему закону И. Ньютона сила действия вызывает равную по величине и противоположно направленную силу противодействия, именно почему считается невозможным движение замкнутой системы под действием внутренних сил. Однако, это правило соблюдается только в случае одновременности действия на систему сил действия и противодействия. Если сила противодействия запаздывает во времени относительно силы действия, то центр инерции замкнутой системы может скачкообразно перемещаться в направлении сил действия, повторяющихся, например, периодически. При этом соблюдается закон сохранения импульса в его интегральной интерпретации, поскольку скачкообразное перемещение центра инерции замкнутой системы от каждого импульса действия все же приводит к его остановке, то есть начальный и конечный импульсы являются одинаковыми и нулевыми. Такая система может быть реализована в форме полого эллипоида, заполненного диэлектрической жидкостью с установленным в одном из его фокусов электроразрядником, соединенным с высоковольтным конденсатором, непрерывно заряжаемым с заданной постоянной времени от высоковольтного источника постоянного тока. По мере роста напряжения в конденсаторе возникает пробой заряда в разряднике и от него распространяется ударная волна, которая создает давление - силу действия на близлежащую часть корпуса полого сфероида и приводит его в движение, а сила противодействия, распространяющаяся с временной задержкой на противоположную часть корпуса эллипсоида тормозит движение последнего до полной его остановки, если в жидкости отсутствуют потери энергии ударной волны из-за вязкого трения. Если вязкое трение существенно, то полной остановки системы не происходит, и от серии периодически следующих импульсов разряда такая замкнутая система движется равноускоренно, а потери на вязкое трение вызывают нагрев жидкости и теплоизлучение от корпуса эллипсоида, а пондеро-моторные силы теплоизлучения не препятствуют такому ускоренному движению механической замкнутой системы под действием внутренних сил, но с затратой на такое движение энергии от источника электрической энергии в полном соответствии с законом сохранения и превращения энергии [1-3]. Отметим, что внутри полого эллипсоида не происходит при действии ударных волн какое-либо перемещение масс.

Безопорное движение можно наблюдать при вращении проводящего диска Фарадея с радиальным током в нем от центра к периферии диска, находящегося в поперечном магнитном поле постоянного магнита, который жестко закреплен с самим диском, вращается вместе с ним. При этом сила Лоренца вращает диск, а противодействующей силы просто нет. Если бы такая противодействующая сила была бы, то она опиралась бы на магнитные полюсы постоянного магнита. Но в этом случае вращения диска с магнитом быть бы не могло. Других объектов, на которые могла бы опираться сила противодействия, также нет. Следовательно, третий закон Ньютона в данном случае не применим.

Можно привести еще пример безопорного силового действия, Поместим стакан с водой на весы. Внутри стакана разместим излучатель ударной волны в виде мембраны с электромагнитным ее приводом. Подавая на обмотку электромагнита периодическую последовательность импульсов, мембрана создает ударную волну, которая распространяется на дно стакана и на поверхность воды. От поверхности воды (то есть на границе раздела «вода-воздух») ударная волна практически полностью отражается в направлении дна стакана. Эти две составляющие ударных волн оказывают давление на дно стакана, а весы показывают интегрированную силу от действия периодической последовательности ударных волн, то есть увеличенный вес системы по сравнению с ее весом при выключении генератора импульсов. В такой системе есть действующая на дно стакана сила, но нет силы противодействия. Этот опыт легко воспроизводим и еще раз доказывает, что третий закон Ньютона не универсален.

Ближайшим техническим решением заявляемому (прототипом) является известный опыт М. Фарадея с вращающимся проводящим диском с радиальными токами в нем, находящийся в поперечном магнитном поле постоянного магнита и, что особо существенно, жестко скрепленного с телом вращающегося диска [4]. Вращение диска с магнитом доказывает отсутствие сил противодействия.

Заявляемое техническое решение дополнительно доказывает факт отсутствия сил противодействия для действующих сил Лоренца, обеспечивающих движение (в данном примере вращательное) замкнутых механических систем под действием только внутренних сил (сил Лоренца), что и является целью изобретения.

Указанная цель изобретения реализуется в заявляемом устройстве безопорного вращения свободных электронов в замкнутой системе, содержащем пару тороидальных постоянных магнитов, обращенных друг к другу разноименными магнитными полюсами, а также источник питания постоянным током, отличающимся тем, что в магнитном зазоре между указанными постоянными магнитами размещен полый вакуумированный стеклянный диск с двумя полуосями его вращения, в центре которого установлен термокатод с нитью подогрева, электрически связанной с полуосями и через пару скользящих контактов с источником напряжения накала этой нити термокатода, а на периферии стеклянного диска размещен кольцевой анод путем его вплавления в стекло диска, связанный снаружи со скользящим контактом, при этом термокатод и кольцевой анод подключены через скользящие контакты к источнику постоянного тока высокого напряжения, причем указанная пара магнитов может быть жестко закреплена на теле стеклянного диска либо не закреплена с ним.

Достижение поставленной цели изобретения объясняется действием сил Лоренца на излучаемые термокатодом свободные электроны, движущиеся в полом вакуумном стеклянном диске по спиралям к кольцевому аноду и падающим на последний под малыми углами к соответствующим касательным к точкам падения электронов, что сообщает кольцевому аноду совокупный вращательный момент, вызывающий вращение стеклянного диска с электронными токами в нем, а также противо-э.д.с. аналогично тому, как это происходит при вращении диска Фарадея в поперечном магнитном поле, что ограничивает угловую скорость вращения стеклянного диска (и жестко связанных с ним двух тороидальных постоянных магнитов в случае их закрепления с этим диском).

Работа устройства поясняется рисунками 1 и 2. На рис. 1 показан разрез полого вакуумированного стеклянного диска 1 с термокатодом 2 и полуосями вращения 7, а также кольцевым проводящим анодом 3, сваренным в стекло диска. На рис. 2 показан фронтальный разрез стеклянного диска 1 с его термокатодом 2 с нитью его накала, связанную с полуосями диска 7 и подключенную через пару скользящих контактов 6 с источником 9 напряжения нити накала U_H, а также металлический кольцевой анод 3, сваренный со стеклянным корпусом диска, подключаемый к источнику 10 постоянного тока высокого напряжения U_A через третий скользящий контакт 6. С двух сторон стеклянного диска расположены тороидальные постоянные магниты 4 и 5, обращенные друг к другу разноименными магнитными полюсами. Эти магниты могут быть жестко закреплены с телом стеклянного диска, либо оставаться неподвижными относительно вращающегося в подшипниковой паре 8 стеклянного диска 1, так как отсутствуют силы противодействия, которые могли бы опираться на магнитные полюсы постоянных магнитов 4 и 5.

Рассмотрим действие заявляемого устройства.

Пусть нить накала разогревает термокатод 2, расположенный в центре вращения стеклянного диска 1, от источника напряжения U_H накала 9, а между термокатодом 2 и кольцевым анодом 3, вваренным в стеклянный вакуумный диск, через скользящие контакты 6 подключен высоковольтный источник постоянного тока 10 с напряжением U_A. Эмитируемые со всей поверхности цилиндрического термокатода 2 электроны распространяются в вакууме к кольцевому аноду 3 по спиральным траекториям вследствие действия сил Лоренца на движущиеся электроны со стороны скрещенного магнитного поля с магнитной индукцией В, создаваемого постоянными тороидальными магнитами 4 и 5, ширина которых полностью перекрывает пространство стеклянного диска между термокатодом 2 и кольцевым анодом 3. Густота спиральных траекторий электронов определяется величиной магнитной индукции В, а скорость V движения электронов при достижении ими поверхности кольцевого анода в его соответствующих точках, как известно, определяется их энергией W₁=еU_A=mV²/2 независимо от траектории их движения, где е=1,602*10^-19 кул - заряд электрона, m=9,108*10^-31 кг - нерелятивистская масса электрона. Следовательно, скорость V=(2еU_A/m)^1/2 (указана на рис. 1), и она направлена к касательной в точке поглощения электрона кольцевым анодом под острым углом β, и касательная составляющая этой силы равна V cosβ и растет с уменьшением угла β как функции β=f(В). При этом каждый из электронов сообщает кольцевому аноду импульс силы р=mVcosβ. Если ток эмиссии термокатода равен I, то полное число n ударяющих кольцевой анод электронов в единицу времени (секунду) равно n=I/е, откуда вращательный момент, прикладываемый к кольцевому аноду и ко всей системе, находится из выражения М=m V cosβ * IR/е=IRcosβ [(2m/е)U_A]^1/2=3,372*10^-6 I*U_A^1/2R cosβ кг. м²/с² (Дж). Для сравнения отметим, что в случае вращения диска Фарадея радиусом R вращательный момент определяется выражением М_д=В R² I/2, При этом отношение М_д/М=6,744*10⁶ В R/Ua^1/2 cosβ>>1 (более, чем на два порядка).

Так, если В=1 Тл, R=0,1 м, I=10 A, U_A=10⁴ В и cosβ=0,9, получим М_д=0,05 Дж, М=3,035*10^-4 и отношение М_д/М=1,647*10 ². Такое различие по-видимому объясняется тем, что в диске Фарадея лоренцевы силы через электроны воздействуют на кристаллическую решетку твердого тела, а в данном случае свободные электроны весьма быстро движутся в вакууме стеклянного диска. Отметим, что в отсутствии магнитного поля В=0 электроны движутся от термокатода к кольцевому электроду по радиусам, и при этом угол β=π/2, так что cosβ=0, и диск 1 не вращается.

Заявляемое устройство не рекомендуется к практическому применению в качестве электронно-механического двигателя в силу относительной малости эффекта преобразования электрической энергии во вращательное движение, но может убедительно доказать, что такое вращательное движение связано с отсутствием сил противодействия в замкнутой системе (так как вращение возможно и при жестком соединении постоянных магнитов 4 и 5 с корпусом стеклянного диска 1). Отдача электронов, вылетающих из термокатода цилиндрической формы, не создает какой-либо силовой реакции на корпус стеклянного диска 1 внутри механической замкнутой системы, и последняя приходит во вращательное движение под действием только внутренних импульсов сил, создающих вращательный момент.

Таким образом, доказывается сама возможность безопорного движения механических замкнутых систем под действием внутренних сил при отсутствии сил противодействия. Это представляет существенный интерес для развития физической науки переосмыслением ее некоторых фундаментальных положений.

Литература

1. Меньших О.Ф., К вопросу о возможности безопорного движения, 8 л., 3 рис., Internet, Allbest.ru, База знаний, доклад после экспертизы, опубл. 05.07.16 и передан в ЖТФ;

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

3. Меньших О.Ф., Способ перемещения центра инерции замкнутых механических систем, заявка на изобретение №2012107882/07 (011874) от 01.03.2012;

4. M. Faradey, Experimental Researches in Electricity, London, 1841.