Спосіб одержання кульової блискавки

Реферат: UA 68032 U UA 68032 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів одержання кульових блискавок. Відомий спосіб підпалювання вугільного пилу на тепловій електростанції (ТЕЦ) [Див. В.Ф. Буров. СВЧ-плазмотрон со свободно парящим плазмоидом для зажигания угольной пыли. http://www.sinor.ru/~bukren18/plazmotron.htm]. Для ініціації плазмових розрядів у резонаторі (в камері) мікрохвильової печі використовують елемент з металу, наприклад мідний, сталевий та інші дроти, а також ініціатор з вуглецю або органіки. Дрібні кількості речовини ініціатора, що випарувалися у НВЧ-полі і перетворилися у плазму, утворюють каркас (основу) для плазмоїда еліптичної форми, розміром близько ½ довжини хвилі. Плазмоїд, поглинаючи мікрохвильову енергію, все більше перетворює повітря всередині себе в плазму, тим самим накопичує всередині теплову енергію. Замикаючи на себе НВЧ-поле печі, він знижує добротність резонатора (камери), перешкоджає народженню нового плазмоїда. Спливаючи догори під дією Архімедової сили, він практично не змінює своїх розмірів і, вдарившись об верхню стінку камери НВЧ-печі, "затухає", віддавши запасену теплову енергію стінці, і звільняє камеру для народження нового плазмоїда. Спосіб отримання кульової блискавки на основі сегнетоелектричної властивості води, що заявляється, також як і спосіб на НВЧ-полі, ґрунтується на ознаках впливу напруженості енергії зовнішнього поля на ініціюючі речовини, що утворюють той чи інший плазмоїд. Однак, при порівнянні результатів дії обох технічних рішень, стає очевидним, що плазма, утворена при способі на основі сегнетоелектричних властивостей води, відповідає всім вимогам створення кульової блискавки природного походження. По-перше, температура плазми однакова з температурою навколишнього її середовища, по-друге, речовиною ініціатора є водяна пара, у той час як речовиною ініціатора в НВЧ-полі застосовують метал і вуглець. При високій температурі вони, випаровуючись, горять, утворюючи полум'я, яке не є плазмою. Відомий також "Спосіб одержання кульової блискавки й пристрої для реалізації цього способу", що полягає у одержанні потужного електричного газового розряду між двома електродами, що представляють собою два тіла обертання, розташовані на одній осі й однаково віддалені від площини симетрії, де створюють при виникненні електричного газового розряду умову максимальної швидкості поширення циліндричної ударної хвилі поблизу площини симетрії. Це досягається шляхом розміщення поблизу площини симетрії двох однакових діелектричних пластин у формі круглих дисків, між якими розміщають трубку із прямокутним отвором. У трубці знаходиться вода, яка при електричному газовому розряді випаровується з виділенням в області симетричної площини легкого гримучого газу й водяної пари, які й зазнають дії ударної циліндричної хвилі. Ударна циліндрична хвиля утворюється у просторі між діелектричними пластинами за рахунок отворів у діелектричних пластинах [див. заявку на видачу патенту РФ №2003137693 від 29.12.2003, дата публікації заявки: 10.06.2005]. Зазначений "Спосіб отримання кульових блискавок та пристрої для реалізації цього способу", як і спосіб отримання кульової блискавки, що заявляється, ґрунтується на впливі напруженості енергії зовнішнього поля на ініціюючі речовини, що утворює той чи інший плазмоїд. Однак спосіб отримання кульових блискавок за заявкою РФ №2003137693 не забезпечує можливості створення кульових блискавок, оскільки у цьому способі іскровий простір між електродами не може повторити виконання часових, просторових, іонізаційних і температурних умов, які присутні у розрядному каналі лінійної блискавки, що призводять до виникнення кульової блискавки природного походження. Технічне рішення за цим способом також не може забезпечити необхідну енергію іскрового розряду у кількості 30-50 кДж, і присутність необхідною навколо іскрового розряду магнітного поля або іонної корони, які сформували б для утворення кульової блискавки потрібного, згідно з розрахунком І.П. Стаханова [Стаханов И.П. О физической природе шаровой молнии. - М.: Новый мир, 1996. - с. 22 199, 208], кількості 10 гідратних кластерних іонів. Оскільки вода, стикаючись з іскровим розрядом, заважає утворенню іонної корони, то енергія іскрового розряду витрачається лише на світлове випромінювання, на підігрів і електроліз води. Як відомо, у результаті електролізу вода розкладається на водень і кисень, які у повітрі під дією окиснювачів оксиду азоту спалахують. Можливо, що іскровий розряд, незважаючи на нехтувано малий час існування іскри, все ж встигає виділити з води незначну кількість гідратних іонів води. Іони води можливо присутні у досліджуваній хмарі кульової блискавки, але тільки лише через наявність у воді розчиненого повітря, молекули якого і можуть послужити іонами для гідратації малої кількості кластерів води. Однак кількість кластерних гідратів просто буде недостатньою для утворення стійкої кульової блискавки. Таким чином, одиничні гідратні кластери ймовірно і збирають запалений водень до сфери. Однак висвічування об'єкта відбувається не за рахунок реакції рекомбінації небагатьох у хмарі кластерів, а за рахунок горіння водню. На відміну від вище розглянутого способу, спосіб 1 UA 68032 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 отримання кульової блискавки на основі сегнетоелектричної властивості води експериментально виконує всі умови, необхідні при створенні кульової блискавки. Найближчим за технічною суттю аналогом є відомий "Спосіб отримання кульових блискавок і пристрої для реалізації цього способу" [Патент RU 2372685 від 15.11.2005, дата публікації 20.05.2007], який заснований на створенні потужного газового розряду між двома металевими електродами прямокутної форми, внутрішні поверхні яких покриті речовиною, що випаровується при газовому розряді - воском. Один з електродів має збільшену ширину, яка дорівнює його довжині. До поверхні одного з електродів, яка стикається з областю газового розряду, підводять трубопровід з рідиною, що випаровується. Для реалізації умови "заломлення напряму руху вгору", кульовій блискавці, що з'явилася, необхідна посудина типу відкритої півсфери, у якій і розташовують електроди, що проводять газовий розряд. До електродів підключають джерело струму через коливальний контур LC, у якому як ємність використовують конструктивну ємність між електродами, а як індуктивність контура L використовують дроти, що підключають потужне джерело до електродів. Для ініціації міжелектродного пробою у просторі газового розряду вводиться оптична іскра від потужного лазера, джерела випромінювання НВЧ. Даний спосіб отримання кульових блискавок і пристрої для реалізації цього способу, як і спосіб одержання кульової блискавки, який заявляється, включає вплив напруженості енергії зовнішнього поля на ініціюючі речовини для одержання плазмоїда. Проте кластери гідратованих іонів "з дуже складною і розвиненою структурою можуть існувати тільки при низькій температурі і високій щільності, і це може бути причиною того, що цю речовину не вдасться отримати у звичайному газовому розряді" [Стаханов И.П. О физической природе шаровой молнии. - М.: Новый мир, 1996. - С. 199, 208]. Таким чином, спосіб за патентом №2372685 не дозволяє одержувати кульові блискавки, оскільки у запропонованому його авторами способі іскровий простір між електродами не може повторити виконання часових, просторових, іонізаційних і температурних умов, які присутні у розрядному каналі лінійної блискавки, що приводять до виникнення кульової блискавки природного походження. Спосіб не може забезпечити необхідну енергію іскрового розряду у кількості 30-50 кДж і присутність необхідного навколо іскрового розряду магнітного поля або іонної корони, які сформували б потрібну для утворення кульової 22 блискавки кількість 10 кластерних іонів гідратів, згідно з розрахунком І.П. Стаханова [Стаханов И.П. О физической природе шаровой молнии. - М.: Новый мир, 1996. - С. 199, 208]. До того ж одержана за цим способом кульова блискавка має істотні відмінності від кульової блискавки природного походження, оскільки у процесі створення кульових блискавок для отримання плазми застосовується хімічна речовина віск, що жодним чином не є середовищем, що акумулює енергію, не є плазмою, а є хмарою звичайного газу, що складається з вуглеводню, речовини, що виділяє енергію, енергію горіння і яка не відповідає закону Кулона, закону електропровідності. До того ж, для тривалого існування, так званої, кульової блискавки необхідно постійно енергетично за допомогою коливального контуру LC і лазера підтримувати процес горіння, що у корені суперечить основам створення кульової блискавки, оскільки присутність зовнішнього джерела, що постійно діє, унеможливлює вільне переміщення кульової блискавки. В основу корисної моделі поставлена задача шляхом введення нових технологічних операцій та їх взаємозв'язку, що базуються на фізичних законах природного походження кульової блискавки, забезпечити виробництво довгоживучих плазмових кульових блискавок для потреб промисловості та наукових досліджень. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі одержання кульової блискавки шляхом енергетичного впливу магнітним полем на водяну пару, при цьому воду зі звичайною фізичною властивістю перетворюють у воду з фізичною сегнетоелектричною властивістю і контролюють показання термопари, величину температури пари і показання магнітометра, згідно з корисною моделлю, водяною парою заповнюють циліндричну дюралюмінієву посудину, при цьому стінки та днище усередині посудини покривають діелектриком, а зверху посудину оперізують електромагнітною обмоткою, на вхід якої подають постійний електричний струм, і на підставі показань термопари і магнітометра забезпечують співвідношення Н/Т=0,79, де Н - напруженість магнітного поля, Т - температура пари. Спосіб пояснюється кресленнями. На кресленнях наведено схему одержання кульової блискавки на основі сегнетоелектричної властивості води. На кресленні позначено: 1 - ковпак з діелектричного матеріалу; 2 - циліндрична дюралюмінієва посудина; 2 UA 68032 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3 - діелектрик; 4 - пристрій управління магнітною напруженістю обмотки; 5 - посудина з водяною парою; 6 - термопара; 7 - датчик магнітометра; 8- контролер; 9 - електромагнітна обмотка; 10 - генератор лазерного променя; 11 - металевий електрод. Циліндричну дюралюмінієву посудину 2 усередині покривають діелектриком 3, а зверху оперізують електромагнітною обмоткою 9. У посудину 2 з судин 5 подають водяну пару, яка намагнічується під впливом магнітного поля електромагнітної обмотки 9, у яку подають постійний електричний струм. Струм регулюють контролером за допомогою пристрою 4. Ступінь намагнічування пари у циліндричній посудині 2 регулюють контролером 8 на підставі показань термопари 6, величини температури пари з тим, щоб привести ступінь напруженості магнітного поля у посудині і величину температури пари до співвідношення Н/Т, що дорівнює 0,79, так званій const Кюрі, або температурній точці намагнічування води. При цьому вода зі звичайною фізичною властивістю переходить у воду з новою фізичною сегнетоелектричною властивістю, при якій парова хмара набуває внутрішню структурну побудову кристалічних ґраток (кластерів) у вигляді послідовно-паралельних з'єднань кластерів парової хмари, що являє собою сегнетоелектричний кристал, тобто кульову блискавку, де ланцюгові з'єднання дипольних моментів кластерів хмари утворюють на поверхні кульової блискавки напруженість поля у вигляді електрорушійної сили (ЕРС) електростатичної напруги високого потенціалу, який, взаємодіючи з іонами навколишнього кульову блискавку повітря, утворює електричну корону, що світиться. Це викликає виникнення електричного струму і магнітне поле вже самої кульової блискавки. Протидія магнітного поля кульової блискавки і магнітного поля електромагнітної обмотки виштовхують кульову блискавку вгору з циліндричної посудини 2 у напрямку півсферичного ковпака 1. Під дією зовнішнього електростатичного поля напруженості і під дією зовнішнього поля електростатичної напруги кульова блискавка притягається і закінчує своє тривале існування шляхом випаровування або у результаті процесу поступової рекомбінації, який може бути відтворений шляхом подачі по дотичній до поверхні кульової блискавки променя лазера 10. При спрямовуванні ж досить потужного променя лазера 10 у центр кульової блискавки підвищується температура плазми, що призведе до миттєвої ланцюгової реакції розпаду кластерної плазми сегнетоелектричного кристала, тобто до виділення у результаті реакції рекомбінації плазми кульової блискавки додаткової енергії на поверхні кристала у вигляді ЕРС електростатичної напруги E    n1 f mi Ei , який призведе до вибуху пароподібної i плазми кульової блискавки. Приклад виконання способу. Шляхом впливу на водяну пару магнітним полем перетворюють пару зі звичайною фізичною властивістю у воду з фізичною сегнетоелектричною властивістю. 3 Перетворення проводять у дюралюмінієвий посудині 2 циліндричної форми об'ємом 0,6 м , усередині посудину 2 покривають діелектриком 3, а зверху оперізують електромагнітної обмоткою 9, на вхід електромагнітної обмотки 9 подають постійний струм, який контролює 3 контролер 8. У циліндричну дюралюмінієву посудину 2 направляють 0,5 м об'єму водяної пари. Пару намагнічують, і зміну міри намагнічування водяної пари виконують контролером на підставі показань термопари, величини температури пари у трубі, і показань магнітометра. Величину міри намагніченості пари контролюють і підтримують шляхом суворого дотримання співвідношення Н/Т=0,79. При цьому магнітне поле приводить атоми водню, кисню і молекули води кластерів парової хмари зі звичайною фізичною властивістю води до стану, коли атоми кластерів парової хмари набувають повну свободу переміщення всередині кластерів і, переміщаючись, залежно від -3 -8 температури пари зі швидкістю від 10 до 10 [Стаханов И.П. О физической природе шаровой молнии. - М.: Новый мир, 1996. - С. 196] в секунду, змінюють внутрішню структуру побудови  кластерів, перебудовують їх у ланцюговий вид H7O3 моделі іонів. Дипольні моменти кластерів ланцюгової структури побудови орієнтуються в одну сторону за напрямом дії силових ліній магнітного поля. Як показали квантові розрахунки, ланцюгова структура, у порівнянні з протоноцентрованою та іншими структурами побудови моделі іонів, мас найбільшу за абсолютною величиною енергію зв'язку 18,8 эВ (DePaz et al.,1970) [Стаханов И.П. О физической природе шаровой молнии. - М.: Новый мир, 1996. - С. 194]. У результаті дії магнітного поля 3 UA 68032 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 дипольні моменти ланцюгової структури моделей шикуються у послідовні ланцюги з'єднання, де на основі гетерополярного зв'язку відбувається приєднання позитивного знака потенціалу напруженості диполя нижнього кластера до негативного знаку потенціалу напруженості верхнього диполя, який стоїть поруч, кластера (також, як це відповідає з'єднанню хімічних гальванічних елементів у батарею). Це складе суму напруженості дипольних моментів кластерів у ланцюговому з'єднанні Е=Е1+Е2+…+Еn, де сумарна складова, будучи напруженістю електричного поля, також знаходить відображення у алгебраїчній теорії складання колінеарних векторних величин напруженості дипольних моментів кластерів парової хмари. При цьому "n" визначає кількість кластерів у послідовному ланцюговому з'єднанні, довжина якого дорівнює середній висоті парової хмари у посудині, а самі вертикальні послідовно побудовані ланцюгові з'єднання кластерів, шляхом гетерополярного зв'язку, з'єднуються у паралельні з'єднання електричних ланцюгів парової хмари і вже являють собою великий плазмовий кристал сполуки, що є процесом переходу води із звичайною фізичною властивістю, властивістю діелектрика другого класу [Кузнецов М.И. Основы электротехники. - М.: Высш. Школа, 1964. - С. 29], у воду з фізичною сегнетоелектричною властивістю. Коли утворюється умова відповідності до закону Кулона і у паровій хмарі виникає електропровідність, по якій вільні електрони під впливом магнітного поля, переміщаючись всередині хмари, спрямовуються до однієї з поверхонь хмари. Електрони, скупчуючись, утворюють зону з негативним потенціалом, а на протилежній стороні хмари, збідненої електронами, утворюється позитивна полярність напруженості у вигляді електростатичної напруги високого потенціалу, що дорівнює сумарній величині напруженості кожного диполя всіх кластерів парової хмари, з'єднаних у послідовні ланцюжки з сумарною результуючою E    n1 Ei і ємністю заряду Q  2n k1f pi Nim , i i де N - число диполів у площі поперечного перерізу хмари у трубі пристрою; р - електричний момент одиниці об'єму; m=ql - електричний дипольний момент, що у виразі ЕРС електростатичної напруги для плазмоїда розміром 20 см у діаметрі складе більше 30 kV. Оскільки речовина кульової блискавки має поверхневий натяг, відповідно до закону Кулона, то, при переході води у стан сегнетоелектричного кристала, вона має тенденцію подібно розтягнутій пружної плівки збиратися у одному місці і забезпечує перетворення, з початкового 3 0,5 м обсягу парової хмари зі звичайною властивістю води, у сферичну плазмову, енергетичну хмару розміром 20 см у діаметрі [Стаханов И.П. О физической природе шаровой молнии. - М.: Новый мир, 1996. - С. 206, 207]. При появі на поверхні кристала сегнетоелектричних ЕРС з високим електростатичним потенціалом, плазмоїд починає взаємодіяти з оточуючими його іонами повітря, що проявляється ефектом електричного коронування, що світиться навколо плазмоїда, яке означає виникнення електричного струму і, природно, виникнення свого власного у плазмоїда магнітного поля. Це поле спрямоване проти дії магнітного поля електромагнітної обмотки циліндричної посудини. Сили протидії обох магнітних полів виштовхують плазмоїд з посудини вгору і це дозволяє отримати холодну (з температурою навколишнього середовища), з пароподібної плазми, таку, що енергетично світиться, і відокремлену від зовнішнього енергетичного джерела кульову блискавку природного походження, яка опиняється під напівсферичним ковпаком з діелектричного матеріалу з великою величиною діелектричною проникності. Кульова блискавка притягається до ковпака і там перебуває тривало, до повного її випаровування або до завершення процесу рекомбінації всієї плазми кульової блискавки, оскільки принцип створення та тривалого існування моделі кульової блискавки заснований на науково обґрунтованому способі її виробництва. Створює метастабільний кластерний хімічно-плазмовий низькотемпературний реактор. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб одержання кульової блискавки шляхом енергетичного впливу магнітним полем на водяну пару, при цьому воду зі звичайною фізичною властивістю перетворюють у воду з фізичною сегнетоелектричною властивістю і контролюють показання термопари, величину температури пари і показання магнітометра, який відрізняється тим, що водяною парою заповнюють циліндричну дюралюмінієву посудину, при цьому стінки та днище усередині посудини покривають діелектриком, а зверху посудину оперізують електромагнітною обмоткою, на вхід якої подають постійний електричний струм і на підставі показань термопари і магнітометра забезпечують співвідношення H/T=0,79, де Н - напруженість магнітного поля, Т - температура пари. 4 UA 68032 U Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5