Elmélkedés az elektromágneses szabad nyomatékról Írta: Joubert Attila

Elmélkedés az elektromágneses szabad nyomatékról Írta: Joubert Attila Az alábbiakban egy olyan elektromágneses hajtórendszer elméletét írom le, mely mindez idáig (a tudtommal) nem került felhasználásra, illetve kipróbálásra. Az elv szemléletesen hasonló ahhoz, mintha a teret a haladás irányára merőlegesen berovátkáznánk, majd ezekbe a rovátkákba beleakadó fogaskereket forgatnánk, és így haladnánk előre. A művelet során véleményem szerint extra energia nem termelődik, a hajtáshoz valószínűleg a klasszikus fizika által számolható energia szükséges. Viszont a hajtómű használható lenne a világűrben és bárhol másutt ahol tolóerőre van szükség. Egy ilyen hajtómű nagyságrendekkel jobb lenne a hagyományos termikus rakétahajtásoknál. Nem romlana el, nem fogyna ki, hiszen napfénnyel táplálható lenne. Az alábbi elmélet alapját a következő kérdésfeltevés szolgáltatta: Mi van akkor, ha egy anyaghoz nem kötődő mágneses tér kölcsönhatásba kerül egy anyaghoz kötődő mágneses térrel? Az elektromotor esetén két anyaghoz (a tekercsekhez) kötött mágneses tér lép kölcsönhatásba, a forgó és az állórészek tere. Mivel az állórészhez képest a forgórész elmozdulhat, ezért a kívánt forgás létrejöhet. Viszont két egymással fizikai kapcsolatban álló és mágneses taszításban lévő elektromágnes azért nem emelkedik fel az asztalról együtt, mert nem egyértelmű, hogy mi a haladási irány. Ha nem lenne fizikai kötés a két tekercs közt, akkor a felső tekercs felugrana a másik tekercsről. Az alsó is elmozdulna (hatás-ellenhatás), ha az asztal nem gátolná ebben. De mivel a tekercsek kötésben vannak, ezért a felső tekercs (a relativitás elve is ezt súgja) nem tud felugrani úgy, hogy magával rántaná az alsó tekercset. Hasonló ez ahhoz, mintha a saját hajunknál fogva akarnánk magunkat kiemelni a mocsárból. A hatás-ellenhatás törvénye ezt kizárja. Viszont feltételezésem szerint a tér és az anyag közt nem ez a helyzet. Nos lássuk a gondolatkísérletet! Van egy koncentrikus fémhenger és a tengelyének felén egy pontszerű sugárzó. A henger sugara k. A sugárzóra olyan frekvenciájú váltakozó feszültséget kapcsolunk, mely a külső hengerről visszaverődő állóhullámokat kelt. A k sugár külső végén legyen csak csomópont (λ/4). Ha két csomópont van a sugár egy-egy végén, az a hatásfokot nem, csak a szükséges áramerősséget csökkenti. Egynél több páratlan számú csomópontnál a helyzet elbonyolódik, mert egy időben le, illetve felfelé mutató vektorok is jelen vannak. A kettőnél több páratlan számú csomópontnál az eredő lehet hasznos, de a hatékonyság rossz. Szóval az egy csomópont a legcélszerűbb. De miért is kellenek az állóhullámok? Azért, mert így tárolódik a mágneses tér energiájából a legtöbb a henger és a sugárzó közti térben, mivel az energia nagy része nem sugárzódik szét. Az ehhez szükséges frekvencia a következőképpen számítható: f=

c 4k

[1.]

Ahol c a fény sebessége [m/s] vákuumban és k a henger sugara [m]. (Látható, hogy kis méretű modell esetén elég nagy frekvencia adódik. Még szerencse, hogy csak kis tömeget kellene mozgatni…)

Ekkor az elektromágneses hullám polarizációs síkja olyan kell, hogy legyen, hogy a mágneses komponens a fémhenger tengelyével párhuzamos, míg az elektromos a henger érintőjével párhuzamos. Az így létrejött mágneses térerő vektora a henger tengelyével párhuzamosan mutat. Periódusonként kétszer vált irányt. A feladat az, hogy egy vezetővel úgy hozzunk létre váltakozó mágneses teret, hogy ez a mágneses tér folyamatosan csak taszítólag (vagy csak vonzólag, a megegyezéstől függően) hasson a hengerben függőlegesen rezgő mágneses térrel, azaz a mágneses térerő vektoroknak az anyag környezetében egymásnak ellentétesen (vonzás esetén egy irányba) kell mutatniuk. Ugyanakkor az alábbi feltételeknek kell teljesülni: 1. A sugárzó függőlegesen rezgő mágneses terének arra az anyagra kell hatnia, amely a számunkra hasznos emelőerőt fogja majd kifejteni, s nem egy másik haladó térre. 2. Csak anyag és tér kölcsönhatás a megengedett! Az anyag-anyag nem! 3. Az anyagról visszaverődő válaszjel hatása pontosan ellenkező kell legyen, mint az előbbi. Tehát, ha az előbbi taszítás, akkor ez vonzás kell legyen. A 3. kritérium létjogosultsága a jelen konfigurációban még kérdéses. Más összeállításokban lehet, hogy elengedhetetlen. Az állóhullám mágneses vektorát a hengerben a H(t)=sin(ωt) képlet írja le. Itt ω=2π f körfrekvenciának felel meg. A számítások során néhány dolgot a megértés egyszerűsítése miatt elhanyagolunk. Az egyik az, hogy feltételezzük, hogy a sugárzó és a henger fala közti sugár mentén a mágneses térerő-vektor nagysága azonos, tehát a függvényünk csak az időt veszi figyelembe, a helykoordinátát egyenlőre nem. A másik pedig az, hogy a függvény egységnyi amplitúdót vesz figyelembe (a függvény szabatosan H(t)=Hmax*sin(ωt) lenne, és itt most Hmax=1 ). Mivel T időbe telik, hogy az „emelő” anyaghoz elérjen, az anyaghoz érve az előbbi függvény a H(t+T)=sin(ωt-T) függvényre módosul az eredeti koordináta rendszerhez képest. Mivel taszításra van szükség, ezért az anyagnak a Ha(t+T)= -sin(ωt-T)

[2.]

függvény szerint kell ellenirányú mágneses teret gerjesztenie. Ez a gyakorlatban lehetne a sugárzó jele is, egy művonalon (koax) késleltetve és erősítve. A kérdés az, hogy azt a bizonyos anyagot hová kell helyeznünk (mennyi késleltetést kell beiktatnunk) ahhoz, hogy a [2.] képletben leírt jel az eredeti sugárzó általi helyre megérkezve ne taszítson, hanem vonzzon. Persze belátható, hogy T=π radián esetén a [2.] képlet szinuszának negatív előjele elhagyható lenne (mert a szinusz az origóra középpontosan szimmetrikus, periodikus függvény). Tehát a visszaérkező Ha hullám a sugárzás kiinduló síkjába érve vonzást kell, hogy létrehozzon. Ehhez a H és Ha vektoroknak egy irányba kell mutatniuk. Ekkor a Ha(t+T) további T késlekedést szenved el, azaz Ha(t+T+T) lesz belőle. A feltétel akkor teljesül, ha igaz, hogy

2

-sin(ωt-T)=sin(ωt)

[3.]

A képlet bal oldali fele az anyag (emelő tekercs) által gerjesztett térerő időkéséssel a sugárzó síkjában, míg a jobb oldali a sugárzó eredeti jele. Ezt oldjuk meg T-re! Ekkor T=π adódik, tehát a fáziskésésnek (vagy sietésnek) 180°−osnak kell lennie. Ebből a távolság már könnyedén kiszámolható. A konstrukció fizikailag a következő. A sugárzó egy vastag vezetőgyűrű és egy kapacitás képezte rezgőkör. Mivel a mágneses vektort akarjuk hasznosítani, és bőven a sugárzó közel-terében vagyunk, ezért két dolgot kell szem előtt tartanunk. Az egyik az, hogy nagy áramerősséget kell a vezetőben létrehozni. Ez azt jelenti, hogy az induktivitásnak kicsinek kell lenni, a kapacitásnak viszont nagynak, és e kettőnek a megfelelő rezonancia frekvenciát (amit az elején kiszámoltunk) kell adnia. Az irányadó összefüggések a következők. f=

1

[4.]

2π  LC

Z 0=



L C

[5.]

 I 2 Z 0 P=

[6.]

A másik kritérium, hogy a sugárzó ellentétes irányú belső mágneses térerő-vektorának nem szabad károsan befolyásolnia a fentiekben tárgyalt hasznos hatást. Az emelő tekercs tervezésekor a következőket kell figyelembe vennünk. Mivel itt is nagy áramerősség szükséges, ezért a fenti [4.], [5.] és [6.] összefüggéseket alkalmazni kell, a rezonanciát szem előtt tartva. A másik az, hogy olyan mágneses teret kell létrehoznia, mely a sugárzó mágneses terével homogén, és a már leírt fenti [3.] feltételnek megfelel (idő-függvény). Mind emellett az egyéb irányba mutató mágneses térerő vektoroknak nem szabad, hogy gátló hatásuk legyen. Erre az egyik lehetséges megoldás, hogy a henger falát használjuk fel a mágneses tér keltésére úgy, hogy a számunkra szükséges áram a henger falában fusson körbe. Ekkor a számunkra hasznos irányba és helyen jöhetnek létre az emelő erővonalak. Itt is van egy igen lényeges szempont, amit szem előtt kell tartani. Ha a külső fal erősen homogén terű része hat kölcsönt a sugárzó terével, akkor olyan szimmetria jön létre, ami megakadályozza a készülék elmozdulását. Ezért a hengert két gyűrűre kell elfelezni, és az egyikben pontosan ellentétes irányú, de azonos erejű áramnak kell folynia, mint a másikban. Ez két előnnyel jár. A rendszer a sugárzóból nézve „bifiláris” (azaz egymást kioltó), ezért mentes a káros visszahatásoktól. A másik pedig, hogy igen kicsi az induktivitása, ezért vele sorosan, külső rezgőkör is használható. A két gyűrű közti optimális távolságnak is van szerepe. A sugárzó tere az egyik gyűrűt a haladási irányba taszítja, míg a másikat vonzza, így határozva meg az egyértelmű haladási irányt. A kérdés csak az, hogy hogyan verődnek vissza

3

a sugárzó felé az álló hullámok. Ez véleményem szerint csak egy, az elfelezett hengeren kívüli külső, zárt hengerrel oldható meg. Viszont ennél a módosított összeállításnál kínálkozik egy célszerű megoldás. Az állóhullámok létrehozásától eltekintünk, valamint a rezgőköröket meghagyjuk, hogy nagy áramok, és ezzel nagy mágneses terek keletkezzenek. A külső „bifiláris” rendszerre és a sugárzóra meghatározott jelalakokat és fázistolásokat továbbra is érvényesnek tartjuk. Csakhogy a késleltetés ezután már nem 180 fok kell, hogy legyen! A gondolatmenetünket a következő további egyszerűsítéssel folytatjuk. Csökkentsük a sugárzó távolságát annyira, hogy a „bifiláris” hatás még elfogadhatóan érvényesüljön. A fázistolást erre a rövid távolságra számoljuk ki, és hozzuk létre. Mivel a bifiláris rész a sugárzóra (a feltételezés szerint) csak elhanyagolható hatást gyakorol, ezért a bifiláris rész csak a sugárzó terével léphet kölcsönhatásba, magát a sugárzót „nem látja”. Tehát az 1. és 2. feltételünk teljesül. A sugárzó, a késleltető koaxiális kábel és a „bifiláris” rész egy áramkört alkothatnak. Ezzel végletesen leegyszerűsítettük a készüléket. Az emelő erő elvileg az áramerősség függvénye. Kormányozni, esetleg megfelelő bonyolultabb konstrukcióval lehetne. Kézenfekvő a kérdés: vajon állandó mágneses terekkel lehetséges ez a hajtás? Hiszen a bifiláris rész eredő tere a sugárzó pontjában zérus. A hatás ahhoz hasonló, mintha a térben lenne egy független mágneses erőtér (a sugárzó tere) mely kölcsönhatásba lép a „bifiláris” rendszer terével. Nos, ennek igazolása még hátra van. Minden esetre a statikus mágneses terek esetén nincs mozgási indukció. Emelő hatás csak akkor elképzelhető, ha nincs a sugárzóra jelentős visszahatás, és a sugárzó (ami most egy állandó mágnes, vagy egyenáramú tekercs) tere jelen van a bifiláris rendszernél. De mennyi a jelentős visszahatás? Ez utóbbi ötletemet tovább egyszerűsítem. A fém gyűrűk helyett legyenek csak kör keresztmetszetű fém vezetékek! Csak egyenáram folyik a vezetékekben. Ekkor a vezetékek sugárzási karakterisztikája egyenként, egy-egy kör. A szuperpozíció elvét alkalmazva, a mágneses terek vektorai paralelogramma módszerrel összegezhetők. Számolni nem is kell, mert van egy zseniális szimulációs program, mely a http://www.phys.uu.nl/~engelb/elkbphyslets/Cyclotron/subs/Long_straight_wire/long_straigh t_wire.html honlapon található. (Sajnos itt nincs „vissza a fő oldalra” jellegű gomb. Az előző oldal címe: http://www.phys.uu.nl/~engelb/elkbphyslets/Bfield/bfield.html ) Itt grafikus felületen létrehozhatjuk a szükséges elrendezést, és kísérletezgethetünk. Az erőket a fekete nyilak mutatják. Az erők összege adja elvileg az egész készülék emelő erejét! Jól látható, hogy egyenáram esetén akárhány és akárhogyan elrendezett vezetékkel próbálkozunk, az erők eredője mindig nulla marad. Egyre kell ügyelni csak! A kék és piros vezetékek mindig párban legyenek!

4

1. ábra

Amint a fenti 1. ábrából is látszik, a kék és piros vezetékek kioltják egymás hatását, és a jobb oldali kék pont valóban nem „látja” a bal oldali „bifiláris” rendszert. Viszont a térereje sem hat. Az 1. ábrát azért rajzolhattuk meg, mert a rendszerünk tengelyesen szimmetrikus, és a másik térfél elhagyható. A sugárzót a „bifiláris” rendszerhez közelítve a következő képet kapjuk.

2. ábra

Látszik, hogy a két kék pont vektorát paralelogramma módszerrel összegezve, pontosan a piros pont vektorát kapjuk. A weblapon történt hosszas játszadozás, próbálgatás után a következő derült ki. Az erők mindig párban jelentkeznek, egymással ellentétes irányokban. Ezek eredője nulla. Akárhány

5

párt rakok be a rendszerbe, az erők eredője mindig nulla marad. Ha a rendszer egy kis részét kivesszük, annak erői lehet, hogy nem nullát adnak. Ez azt jelenti, hogy ha ez a részrendszer elmozdulhat, az erő irányában el is fog mozdulni (pl. villanymotor). De ettől még a teljes rendszer eredője nulla, tehát a teljes rendszer nem mozdulhat el. Viszont gyakorlatban olyan, sikeresen elvégzett kísérletre, ahol az erők eredője nem adott nullát, ott is nullát ad a szimuláció. Ez óvatosságra int minket! A kísérlet a következő volt. Van egy hosszúkás, vízzel töltött kád. A kád köré több menetes szolenoid van hosszanti irányba tekercselve, és a tekercsen néhány amperes áram folyik. Első teszt: Egy kis hangszóró-mágnest szerelünk egy kis hungarocell csónakra, és ezt rátesszük a vízre. Ha a szolenoid egyik végéhez tesszük a csónakot, azt a tekercs mágneses tere behúzza a tekercsbe. A hajó persze csak a tekercs közepéig úszik, majd ott megáll! Második teszt: Két kis hangszóró-mágnest összekötöztünk úgy, hogy taszítsák egymást, és ezt szereljük föl a kis hajóra a másik, magányos mágnes helyett. Majd a tekercs végéhez tesszük, mint az előző tesztnél is. A hajó most is elkezd beúszni a tekercsbe, de csodák-csodája, a felezőponton is túl úszik (nagyjából egyenletes sebességgel) és a szolenoidból a másik végén úszik ki! Nem idevágó, de kézenfekvő és érdekes kérdések: A szolenoid vajon helyettesíthető-e egy állandó mágnessel? Ha a szolenoidot toroidra cseréljük, a hajó körbe-körbe megy a végtelenségig? És ha a szolenoidot nagy hangszóró-mágnesekkel helyettesítjük, akkor kész a permanens mágneses motor? Nos, az előbb leírt második tesztre az említett szimuláció nullát ad. Pedig a hajó mozog.

3. ábra

A második teszt szimulációját a 3. ábra mutatja. 2003. július 9. 6

Későbbi eredmények Fellelkesülve az imént tárgyalt 3. ábra béli kísérleten, 2007. nyarán készítettünk egy nagy toroid tekercset és abba helyeztük a második teszt béli hajócskát. Azt vettük észre, hogy a toroid gyűrű záródásakor, azaz ha végig tekercseltük a toroid tekercstestet, a fellelkesítő effektus megszűnt. Megkérdezheti a Kedves Olvasóm, akkor mi végre ez a sok tárgyalás a mágnesekkel? A válasz egyszerű. Azért, mert az Interneten állandóan napvilágot látnak hasonló kísérletek. De mindegyikről kiderül, hogy ha körfolyamattá alakítják az elrendezésben szereplő jelenségeket, a mozgás egy idő után megáll. Ilyen például a népszerű SMOT kísérlet. Ha ismerjük ezt az eredményt, értékes időt takaríthatunk meg a tévedések nem-átböngészésével. Itt hívom fel a figyelmet arra is, hogy ezzel az eredménnyel a cikkem elején tárgyalt elektromágneses hajtómű NEM lett megcáfolva még. Abban a témában további agyafúrt kísérletek elvégzésére van szükség a végleges következtetések levonásához. 2007. augusztus 1.

7