Lick-метод повышения КПД второго рода

2016-06-21

Метод доступен для совместного патентования

На стыке двух разделов физики — электростатики и электродинамики — можно наблюдать очень интересные и необычные с их точки зрения эффекты и явления. Далее мы рассмотрим один из них, построим его простейшую математическую модель и предложим некоторые схемотехнические решения.

В статье о свободной энергии рассматривались некоторые методы повышения эффективности устройств и КПД второго рода — \eta_{2}. Здесь мы представляем ещё один такой метод. Он отличается своей простотой и относительно несложной схемотехникой для его реализации. Почему этот метод так назван, станет понятно из дальнейшего изложения :)

Для понимания его сути этого будем рассматривать идеальный случай, в котором не учитываются всевозможные потери (нагрев, излучение), и который предполагает максимум отдачи энергии в согласованную нагрузку R_{n}. В начале рассмотрим канал с током WR. На самом деле это некая среда со своим внутренним сопротивлением R_{WR}, в которой движутся отрицательные заряды от катода (слева) к аноду (справа). Направление движения, а также величину тока, задаёт источник питания BAT. Для нашего идеального случая считаем, что его внутреннее сопротивление равно нулю.

Идея lick-метода заключается в переключении движения порции зарядов из цепи BAT - WR - BAT на цепь WR - R_{n} - EI за счёт более высокого импульсного напряжения на съёмной сетке GR. Опять же, в идеальном случае длительность между такими переключениями должна в точности соответствовать времени заполнения канала зарядами.

Lick-метод для повышения КПД второго рода

Подсчитаем эффективность такой установки для идеального случая. Для этого будем рассматривать две цепи: BAT - WR и WR - R_{n} - EI, а также два вида величин: импульсные и средние за период, например V_{2imp} и V_{2avg}. Предположим, что при подаче вв-импульса от источника EI порция зарядов полностью перетекает через R_{n}. Для этого скважность этого импульса Q_{EI} должна быть пропорциональна среднему значению напряжения этого источника:

Q_{EI} = \frac {V_{2avg}} {V_{1avg}}

Поскольку величина заряда за период в обоих цепях одинаковая, то и среднее значение тока в этих цепях также будет одинаковым:

I_{2avg} = I_{1avg}

Активная мощность в первой цепи находится, как:

P_{1avg} = I_{1avg} V_{1avg}

Активная мощность во второй цепи:

P_{2avg} = I_{2avg} V_{2avg}

Поскольку I_{1avg} и I_{2avg} равны, то находим, что эффективность нашего устройства, или увеличение КПД второго рода находится так:

K_{\eta2} = \frac {P_{2avg}} {P_{1avg}} = Q_{EI}

Казалось бы, что бесконечно увеличивая скважность мы можем пропорционально увеличивать и эффективность устройства, но уже в этом идеальном случае находим, что импульсное напряжение должно увеличиваться при этом в квадратичной зависимости:

V_{2imp} = V_{2avg} Q_{EI} = (V_{1avg} Q_{EI}) Q_{EI} = V_{1avg} Q_{EI}^{2}

К примеру, если скважность равна 10, а напряжение на BAT — 100 Вольт, то импульсное напряжение EI должно быть равно 10'000 Вольт. Такое напряжение могут выдержать далеко не все приборы, и этот момент нужно обязательно учитывать при разработке реального устройства.

Для полноты картины найдём и отношение сопротивлений нагрузки R_{n} и канала R_{WR}, которое находится из предыдущих формул:

\frac {R_{n}} {R_{WR}} = Q_{EI}

Как видим, скважность Q_{EI} определяет все параметры схемы и для получения требуемого эффекта должна быть много больше единицы.

Реальное устройство

После всего вышеизложенного сразу же напрашивается простейшая схема реального устройства. В нём, в качестве канала и съёмной сетки применяется радиолампа со своим анодом, катодом и сеткой. Смещение на сетку, определяющее величину сопротивления канала, задаётся с помощью R1. От источника EI поступают высоковольтные импульсы, которые совместно с нагрузкой Rn и дают прибавку мощности:

Недостаток предыдущей схемы — довольно высокочастотный генератор EI. Если у него период следования импульсов будет больше, чем необходимо для заполнения канала зарядами, то возникнут потери в виде тока через катод-анод лампы. От него можно уйти, если добавить ещё один генератор GG, который будет работать синхронно с EI, но будет подавать напряжение смещения чуть раньше появления вв-импульса:

Стоит отметить, что по lick-методу можно разработать схемотехнику и на транзисторах, а p-n-p переход вполне может заменить лампу. Преимуществом такого подхода может быть малое напряжение BAT — порядка Вольта, и достаточно большое импульсное на EI — сотни вольт, что позволит достичь отностительно больших значений скважности, а значит — и эффективности всего устройства.

Если в будущем будут разработаны проводящие материалы с супернизкой энергией выхода электрона, то описываемые здесь устройства будут иметь миллиметровые габариты.

Используемые материалы