Метод доступен для совместного патентования
В этой работе предлагается идея ещё одного способа увеличения
КПД второго рода — \eta_{2}.
Он основан на скачкообразном изменении ёмкости конденсатора за счёт механического премещения подвижной диэлектрической среды.
Как известно, заряд конденсатора хранится не на его пластинах, а в диэлектрике [1].
Также известна формула потенциальной энергии конденсатора [2]:
W = \frac {Q^2} {2 \, C},
где:
Q — заряд конденсатора,
C — его ёмкость.
Следовательно, для увеличения потенциальной энергии
W нужно при том же заряде уменьшить ёмкость конденсатора.
Школьный опыт с раздвиганием пластин заряженных от лейденских банок наглядно этот эффект демонстрируют.
Но в этом опыте механическая энергия на раздвижения пластин в точности равна полученной прибавке — кулоновкие силы притяжения делают своё дело.
Идея предлагаемого метода заключается в продольном изменении ёмкости, когда кулоновские силы сопротивления не участвуют.
На рисунке полностью представлен этот метод.
На нём изображены:
- 1 — мотор с лопастями;
- 2 — конденсатор C_1, с зазором между его пластинами — d_1 и подвижной диэлектрической средой в качестве диэлектрика;
- 3 — источник постоянного напряжения;
- 4 — изолятор;
- 5 — конденсатор C_2, с зазором между его пластинами — d_2;
- 6 — нагрузка.
На конденсатор
C_1 подаётся постоянное высокое напряжение V, которое заряжает диэлектрическую среду между его пластинами.
Лопасти мотора перемещают заряженный подвижный диэлектрический слой в пространство конденсатора
C_2.
Согласно приведенной выше формуле выводится коэффициент увеличения
\eta_{2} — прибавка потенциальной энергии:
K_{\eta2} = \frac {C_1} {C_2} = \frac {d_2^2} {d_1^2},
которая и снимается в нагрузку. Формула вычислена для прямоугольных пластин и для идеального случая, который не учитывает потери.
Из блочной схемы сразу видны таковые в ввиде краевых эффектов — при переходе диэлектрика из
C_1 в
C_2,
которые можно свести к минимуму путём уменьшения вихрей возникающих при таких переходах,
а также — согласованием нагрузки с внутренним сопротивлением источника напряжения.
Кроме этого, нужно учесть затраты на механичекое перемещение диэлектрика, которые, впрочем, должны быть относительно малы.
Предполагается, что более эффективным режимом съёма энергии будет импульсный,
когда нагрузка подключается к
C_2 через равные промежутки времени с большой скважностью.
Некоторые недостатки первой схемы можно исправить, если поместить высоковольтные пластины конденсатора внутрь общей пластины с нулевым потенциалом,
и за счёт этой же пластины произвести увеличение зазора (уменьшение ёмкости) во втором конденсаторе.
Кроме всего прочего, в такой конструкции устройство получится безопасным в эксплуатации.
Этот вариант изображен на рисунке ниже.
Как предполагает автор, оптимальной конструкцией будет такая, когда внешние и внутренние пластины конденсатора образуют в поперечном сечении кольца,
т.е. по сути — два цилиндрических конденсатора с общей внешней пластиной разного диаметра.
Общая мощность устройства будет определяться напряжением источника питания, диэлектрической проницаемостью среды в конденсаторах, площадью их пластин и скоростью потока.
В связи с этим, кроме применения газовоздушных диэлектриков имеющих диэлектрическую проницаемость порядка единицы,
может быть интересным использование жидкостей.
Например, деионизованная вода [3] имеет приемлемую электропроводность — 1.8*107 (Om*m) и диэлектрическую проницаемость — 34.5 [4],
что позволит на порядок снизить напряжение источника питания и увеличить эффективность всей установки.
