V. rész: Alkalmazási példák 143

V. rész: Alkalmazási példák

143

V. RÉSZ ALKALMAZÁSI PÉLDÁK Ebben a fejezetben megpróbáljuk az elméletet összekapcsolni a legtöbbször csak töredékesen fennmaradt gyakorlati megoldásokkal. Elsősorban azt vizsgáljuk, hogy van-e lényeges közös vonás, közös működési elv az egyes (technikailag lényegesen eltérő módon megvalósított) szerkezetek között, ami az előző fejezetekben leírt elméletekkel is összhangba hozható. Igen röviden megemlítünk majd olyan szerkezeti megoldásokat is, melyek besorolása bizonytalan, s működési elvei és paraméterei is kétségesek. Ezek ismertetésének célja nem több, mint esetleges ötletadás. Mielőtt a konkrét ismertetésre rátérnék, néhány mondatban összegezzük az eddig megismert kritériumokat. Ahhoz, hogy ne teljesüljön az energiamegmaradás, nem potenciálos, például örvényes, időfüggő vagy sebességfüggő tereket kell létrehozni. További szükséges feltétel a mechanikában stacioner esetben három térdimenziós mozgás, és két dimenziós mozgás instacioner esetben, valamint az anholonóm peremfeltétel, vagy kényszer. Ezenkívül több alrendszer összekapcsolása, kölcsönhatása szükséges. Ez utóbbi feltétel közegek mozgásakor automatikusan teljesül, ez a feltétel csak a merev rendszereknél fontos. Energiatöbblet (vagy veszteség) keletkezésének további feltételei vannak, s ezzel kapcsolatban a III és ettől függetlenül a IV. rész egyik megállapítása az volt hogy pl. spirál mozgás esetén nem teljesül az energiamegmaradás. Inerciarendszerből nézve ekkor egy-egy tömegpont két állapota, helyzete között az összes mozgásjellemző változik, azaz a helyzet, a sebesség, a gyorsulás és magasabb rendű deriváltak, valamint a szögsebesség, szöggyorsulás és magasabb deriváltjaik. Neminerciális rendszerből nézve pedig azt látjuk, hogy a pszeudóerők, (koordinátaerők) változnak minden egyes pontban a trajektória mentén. Ezen pontok sorozata pl. egy spirálgörbét alkothat. Ennek a szimmetriája a legalacsonyabb (gyakorlatilag nincs szimmetriája) így a gömb szimmetriájával jellemzett skalárszimmetria, az energia szimmetriája eltűnhet, olyan nagy mértékű lehet a szimmetriacsökkenés, ha ilyen görbe mentén halad egy tömegpont gyorsulva. Fontos tehát hogy az ilyen összetett mozgást hogyan valósíthatjuk meg technikailag, milyen erőkkel, vagy erőterekkel. A „többlet” előállításának lépései Ahhoz, hogy többletenergia, impulzus vagy impulzusnyomaték álljon elő, a következő alapvető lépéseket kell tennünk: I. Nem potenciálos erőkkel, mezőkkel vagy mechanikai mozgás esetén instacioner és/vagy kinematikai kényszerekkel kell megvalósítani egy folyamatot: „kinyitni az ajtót”. Így bármely rendszer szimmetriája változtatható, azaz energiája, impulzusa, impulzusnyomatéka növelhető vagy csökkenthető (ha az utóbbi a kívánt cél). Potenciálos terekkel (skalárpotenciált értve ez alatt) ez nem valósítható meg, de például skalárpotenciálos mezők és időben változó, kinematikai peremfeltételek már alkalmasak erre a célra. (Nem potenciálos mezők, erők alkalmazására jó példa a szélmalom, ahol forgómozgással (örvényes tér) vesszük ki egy sebességfüggő erőtér energiatartalmát.) II. (Ez az egyetlen új típusú feladat.) Szimmetriacsökkentés – minél nagyobb mértékben. Olyan mozgást, változást kell előállítani, hogy a mozgás pályájánál, vagy az erőtér eloszlásánál minden pontban, minden derivált létezzen és változzon a tér és/vagy idő függvényében a pálya mentén. A mechanikában erre pl. az exponenciális függvénnyel leírható logaritmikus spirál vagy trigonometrikus függvényekkel leírható mozgási pályák – például epiciklois alkalmas, hiszen itt minden mozgás helyvektorának hossza, mind a helyvektor időbeli deriváltjai (sebesség, gyorsulás, gyorsulás változása stb.) az idő és hely függvényében változnak. Mezők, erőterek esetén pedig a térerősségvektorok, s azok magasabb deriváltjai változnak hasonló módon. III. Optimalizálás. Ahhoz, hogy a kívett nyereség az elérhető maximális értékű legyen olyan folyamatot kell készíteni, hogy a deriváltak a pálya mentén monoton növekedjenek, így a nyereség értéke magas lehet, míg az elkerülhetetlen veszteségek, disszipációk értéke viszonylag alacsony lesz. Így néha elérhető, hogy tiszta nyereségre tegyünk szert, azaz több mechanikai és/vagy elektromos energiához jussunk, mint amiből indultunk, s a folyamat közben kevés hulladékhő képződjön. A mozgási pálya vagy a mező alakja, időbeli változása segítségével lehet a folyamatokat optimalizálni. Technikailag ez a legnehezebb lépés, s nem is valósítható meg minden konstrukciónál, hogy a kinyert energia ne a kevésbé értékes hőenergia legyen, hanem elektromos, mechanikai, esetleg kémiai energia jelenjen meg a folyamatban. Majd látni fogunk egy általános optimalizálási elvet ebben a fejezetben.

144

Egely György: Bevezetés a tértechnológiába II.

IV. „A nyereség elvitele”. Az utolsó, de technikailag szintén lényeges feladat, hogy a folyamat során úgy vigyük el, úgy hasznosítsuk a megtermelt többletet, hogy annak elvétele, kivezetése a rendszerből ne állítsa le, ne zavarja meg a folyamatot. Nincs általános recept erre a feladatra, hiszen minden konstrukcióra más-más megoldás a célszerű, de vannak olyan eljárások, amelyek zsákutcának bizonyultak ebből a szempontból. Az energiakivételi ciklust nem egyszerű előállítani. Két egymástól elkülönülő szakaszt kell itt létrehozni. Az egyikben megtermeljük és elvisszük a többletet (energia, impulzus és impulzusnyomaték), a másikban pedig visszatérünk a ciklus kiinduló pontjára. Nem szabad a kiinduló pontra reverzibilis módon visszatérni, tehát más pályán, más kinematikai jellemző (deriváltak) jellemzik a viszszatérő szakaszt, mint a termelőt, ellenkező esetben nincs nyereség. Más módon fogalmazva: a termelő és elvételi szakasznak a hatásintegrálja nem lesz azonos a visszatérési szakasz hatásintegráljával. A visszatérő szakasz energia, impulzus és impulzusnyomaték befektetést igényel, de ez kevesebb, mint az előző, nyereséges szakaszé. Stacioner folyamatoknál ez a ciklus jól látható, egyszerű, szemléletes, az igazi gond az instacioner működési elven alapuló gépekben jelentkezik, amint azt majd látjuk. Szimmetriacsökkentési eljáráson alapuló gépek felosztása Többféleképpen is csoportosíthatjuk a gépeket, működésük szempontjai szerint. Az V/1. táblázatban például a gépekben alkalmazott közeg és a működés időbeli jellegzetességei alapján osztottuk fel a szerkezeteket, de még egyszerűbb a fizikai alapelvek szerint osztályozni a készülékeket: szimmetriacsökkentés gépeinek elvi alapja Mechanika Merev test (instacioner)

Elektrodinamika

Deformálható test (stacioner)

Mezőkkel (instacioner)

Töltésekkel és mezőkkel (stacioner és instacioner)

A szimmetriacsökkentés módszerei legegyszerűbben a mechanikai szerkezetekkel mutathatók meg, mint amint már láttuk a III. részben, de a merev testekkel nem spirál pályát használunk, hanem más, bonyolultabb mozgást és instacioner megoldást. Mielőtt a lehetséges megoldásokat elemeznénk, nézzük meg, milyen típusú mezőkkel, erőterekkel dolgozhatunk. Mezők, erőterek Milyen potenciálos és nem potenciálos terek létezhetnek? A V/1. ábrán látszanak a legegyszerűbb „szerkezetű” terek. A homogén erőtér és a centrális erőtér (a. és b. ábra), ha időben állandó, akkor mindig potenciálos. Az egydimenziós stacioner terek mindig potenciálosak.

a.) 1D, 2D, 3D

b.) 1D,2D,3D

c.) 1D,2D,3D

d.) 2D,3D

e.) 2D,3D

f.) 2D, 3D

V/1. ábra. Időben állandó terek képe. a.) homogén, potenciálos erőtér, b.) centrális, potenciálos, divergens tér, c.) centrális erőterekből összerakott inhomogén tér, d.) a távolságtól lineárisan függő, nem potenciálos, örvényes tér, e.) divergenciamentes örvényes tér, f.) örvényes divergenciával is rendelkező nem potenciálos tér.


145

A c.) ábrán látható esetben ugyan két töltés között keletkező mező már inhomogén, emiatt már örvényes és nem potenciálos, de ez nem jelenti azt, hogy energianyerésre használható. (Ugyanis az elégséges feltételnek, pl. a spirálmozgás feltételének nem tesz eleget az ilyen térben való mozgás.) Gyakori hiba az egyszerű gondolkodásban, hogy például a c.) ábra erőterében egy zárt görbén mozgatott töltés esetén úgy gondolják, hogy energianyereséghez jutunk. Az eddigiekből kiderült, hogy ez nincs így, a nem potenciálos terek léte csak szükséges, de nem elégséges feltétele a nyereségnek. A V/1d. és e. ábrákon stacioner, de örvényes terek áramvonalait, vagy térerősségvonalait látjuk, a vonal hossza lehet például arányos a helyi térerősséggel. Az V/1f. ábrán olyan összetett, de nem potenciálos tér látható, amelynek divergenciája is van (mely potenciálos) és örvényes is (mely nem potenciálos). Itt már lehetőség van a spirálmozgás előállításához. Míg az a., b. és c. ábrák erőtereit előállíthatjuk 1, 2 és 3 térdimenzióban is, a. d., e. és f. ábrák már csak 2 és 3 térdimenzióban állíthatók elő. A gyakorlatban azonban csak 3 térdimenzió alkalmazása esetén lehet fenntartani ezeket a tereket. A fenti, ábrázolható eseteken kívül nem potenciálos lehet egy tér, ha a térerősség időben változik. Ha például az V/1a. vagy V/1b. ábrán látható terek időben változtathatóak, akkor nem potenciálos tereket kapunk. Ha elektromos töltések vagy a gravitáció térerejét energiabefektetés nélkül változtatni lehetne időben, ingyen jutnánk így energiához. Ez azonban nem oldható meg ilyen egyszerű módon. A technikában igen gyakran használunk nempotenciálos, időben változó mezőket, erőtereket. Erre jó példa a belső égésű motor, ahol az égés során nagy erők, nyomások keletkeznek az expanziós szakaszban, de a visszafelé történő mozgásnál a szelep kinyit, a gáz lehűlt, és így a kipufogásnál már kis erők hatnak a dugattyúra. Így egy tipikus időfüggő, nem potenciálos esethez jutottunk. Hasonló példát találunk a gőzgépeknél is. Sebességfüggő, nem disszipatív, de nem konzervatív teret lehet így előállítani elektromágneses úton is, például Lorentz-erő segítségével. Hangsúlyozni kell, hogy többlet előállításához a nem potenciálos mező vagy erő jelenléte csak szükséges feltétel (I. pont az előbbi listán) a teljes szimmetriavesztés esete szükséges, hogy többletenergiához jussunk (II. pont a listán). Ha egy tárgyra ható erő az erőtérben való mozgás sebességétől függ, akkor szintén nem potenciálos a tér. Nemcsak a súrlódás disszipatív hatása ilyen, hanem a súrlódásmentes Lorentz erő is. Ismét hangsúlyozni kell, hogy önmagában nem elegendő a nem potenciálos tér az energianyeréshez, ehhez további feltételek is szükségesek, melyeket a III. részben már ismertettünk. Ezek után térjünk a gyakorlati berendezések ismertetésére, hogy az eddig felsorolt elvek alkalmazása kézzel foghatóbb legyen. Az egyes megoldásokat a felhasznált közeg és a mozgás időbeli viselkedése szerint csoportosítottuk, és az V/1. táblázatban foglaltuk öszsze. A fejlesztő, feltaláló neve jelzi egy-egy megoldás besorolását. A kérdőjel a bizonytalan besorolást jelzi. Az V/2. táblázatban pedig az alapoktól, a szimmetriákból kiindulva mutatjuk a fizikai elvek egymásra épülését, s a tértechnológiai gépek helyét.

MECHANIKUS MEGOLDÁSOK Merev testekkel A III. részben láttuk, hogy teljes szimmetriavesztés esetén a mechanika összefüggései nem érvényesek korlátlanul, ekkor a magasabb deriváltakat is magába foglaló összefüggéseket kell használni. Történelmileg hitelesen az első, többletenergiát adó készüléket az 1700-as években egy német konstruktőr, J. E. ElieBessler, (más néven Orffyreus) készítette az 1600-as évek végén, az 1700-as évek elején. Ez a készülék szemtanúk szerint nagy terheket emelt, és egy ingából, valamint egy dobból állt, s abban a dobban golyók mozogtak. Nem maradt fenn jelentős, használható, értékelhető információ a lényegről, a szerkezet belsejéről. Az eddigiek szerint viszont célszerűen úgy alakítható ki ilyen berendezés, ha több, kinematikus, azaz anholonóm kényszerrel összekapcsolt testet használunk. Ezek között az energiatöbbletet adó merev testnek a legegyszerűbb esetben olyan periodikus síkmozgást kell végeznie, amelynek tömegközépponti sugara időben változó, sebessége, szögsebessége és ezek időbeli magasabb deriváltjai a pálya mentén mindig változnak. Olyan szakaszos, zárt ciklusú mozgást kell megvalósítani, ahol a magasabb deriváltak értékei lehetőleg monoton módon változnak a pálya mentén, de legalább a körfolyamat nyereséges szakaszán. A készülékhez több tíz kilogrammos tömeget kellene használni, hogy a surlódás legyőzése után legalább önfenntartó legyen a folyamat. Valószínűleg többféle módon is megoldható a feladat. Worcherster márki nevéhez is kapcsolnak egy ilyen megoldást az 1600-as évek közepétől, de itt még kevesebb adat maradt fenn a megoldásról. Ezért a továbbiakban olyan fennmaradt megoldásokat fogunk ismertetni, ahol legalább töredékes ismereteink vannak, és ahol a szimmetriavesztés szerepe jól érzékelhető.

146


DEFORMÁLHATÓ KÖZEGES ESETEI A Schauberger „turbina” Schauberger munkáját az 1.057.57 szám alatt 1954-ben közzétett francia szabadalom és a 196.680 szám alatt 1958-ban publikált osztrák szabadalom alapján ismertetjük, valamint felhasználjuk a Stuttgarti Műszaki Főiskolán elvégzett méréseket, melyeket Callum Coats „Living Energies” c. könyve közöl (Gateway Books, Bath U.K.). A francia nyelvű szabadalom fordítása a függelékben található az ábrákkal együtt. Az V/2 ábrán látható az az áramláskép, mely az energianyereség eléréséhez szükséges.

V/2. ábra. A Schauberger által megvalósítható áramlási képek egyik lehetséges egyszerű formája. Az egyenes cső belső falára helyezett terelőlapátok két tengely körüli áramlást okoznak. Jól látszik a térbeli spirálmozgás áramlásképe, a többször is megvalósított szűkülő spirálmozgások sora.

Ennek a megoldásnak az a lényege, hogy olyan spirális pályák alakuljanak ki, ahol az áramlás minden pontján változik a sebesség, azaz a sebesség iránya és nagysága is, valamint a magasabb deriváltak is. Így minden egyes ponthoz más és más dinamikus helyi törvény tartozik, és más és más pszeudoerők lépnek föl minden pontban. Emiatt nem képződhet a mozgás integrálása, kvadratúrája során a potenciális és kinetikus energia összegéből adódó állandó értékű energia, vagy az impulzus és impulzusnyomaték. Az áramlás minden pontjához más sebesség és szögsebesség valamint gyorsulás és szöggyorsulás tartozik, s a magasabb rendű deriváltak sem állandóak a mozgás pályája során. A szimmetriavesztés szemléletes példája, a Schauberger turbina. A többször megismételt ciklusok is látszanak. A szűkülő spirálpályákon keletkezik a többlet, s az optimális nyereség csak meghatározott áramlási szögeknél, rövid hosszon megy végbe. Ezért egy újabb „felpörgetéssel” nagyobb külső átmérőről újra indul a szűkülő spirál menti mozgás. A kívánt áramlási formát a terelőlapátok alakjának, elhelyezésének gondos beállításával, a tömegfluxus pontos beállításával lehet elérni. Az áramlásra mindenütt jellemző, hogy három dimenziós, az örvényesség és a tengelymenti gyorsulások miatt térbeli és időbeli, nem potenciálos erőterek jellemzik a rendszert, valamint az anholonóm külső és belső kényszerek. A bordák melyek megforgatják a folyadékot, erővel és nyomatékkal hatnak az áramló közegre, s az egyes közegrészek is munkát végeznek egymáson, erővel és nyomatékkal hatnak egymásra az áramlás során, ezért anholonóm a rendszer. Az ilyen belső kölcsönhatásokat nem lehet könnyen inerciális rendszerben leírni, hiszen két, állandóan gyorsuló, más-más mozgásállapotú részrendszer hat egymásra. Ha csak merev testként forogna a csőben a közeg, akkor két szomszédos pont esetén azonos lenne az áramlás szögsebessége, és így a két szomszédos pontban azonos dinamikai mozgástörvények uralkodnának, így léteznének integrálási állandók, megmaradna az energia. A radiális és axiálisan is változó sebességkomponens esetén, melynek eredménye változó „menetemelkedésű” áramkép az áramlás, minden pontjában más-más pszeudoerő hat, és így pontonként más dinamikai törvény uralkodik – emiatt az energia nem lesz univerzális állandó, és így az impulzus sem. Ehhez kell, hogy áramlás sebességének és iránya és nagysága is pontról pontra változzon. Nem biztos, hogy ehhez anholonóm peremfeltéteV/3. ábra. lek szükségesek, de gyakorlatilag nehéz elképzelni olyan esetet, ahol Belső terelőlapátok elhelyezése, anholonóm peremfeltételek nélkül is elő tudnánk állítani ezt az esetet. és egy lapát kinagyított alakja.


147

A V/2. ábrán látható áramképet úgy állíthatjuk elő például, ha a V/3. ábrán látható cső belső falára szabályos módon elrendezett közökben megfelelő alakú terelőbordákat, lapátokat helyezünk. Ekkor is létrejön egy áramlási keresztmetszetcsökkenés, a lapátok elhelyezési síkjában. De ennél jobb áramlási viszonyok is kialakíthatók, ha a Schauberger által a szabadalmi ábrá1. kon bemutatott, változó keresztmetszetű csöveket hasz2. náljuk egy belső terelőspirállal ellátva. 3. Így különböző áramlási képek alakíthatók ki egy-egy csőben. A V/4. ábrán látható, hogy Schauberger milyen 4. csöveket használt az összehasonlító mérésekhez. A legfel5. ső cső egy egyenes, állandó keresztmetszetű rézcső (1), alatta (2) állandó keresztmetszetű üvegcső van, majd (3) 6. egy szűkülő, kúpos rézcső látható. Ez alatt (4) egy kúposan szűkülő helikális cső, melynek keresztmetszete belapított tojáshoz hasonlít, ez alatt pedig (5) nagy átmérőjű, szűkülő helikálisan bordázott rézcső, alatta (6) ugyanilyen, de kis átmérőjű cső látható. Az ábra alján a V/5. ábrán látható kiömlőnyílás nagyított része látható. A kísérleti berendezés vázlatos rajza a V/5. ábrán látszik. Látjuk, hogy egy magasabban fekvő tartályból áramlik V/4. ábra. A Schauberger által készített, különböző örvényes a folyadék a vizsgálandó csövön át az alacsonyabban fekáramlásokat okozó csövek képe, alul a kiömlőtartály alakja. vő kiömlőtartályba. Ez utóbbinak a magasságát változtatni lehet, így a csőre ható nyomáskülönbség növelhető, ami az áramlási sebesség növekedését okozza. Ezzel az egyszerű elrendezéssel az áramlási sebesség folyamatosan változtatható, és a statikus nyomáskülönbség a beömlő és kiömlő tartály között a felső vékony cső segítségével mérhető, ha leolvassuk a függőleges helyzetű, baloldali és jobboldali csövek közti szinteltérést. A mérendő és cserélhető cső ezalatt a vékony cső alatt helyezkedik el. vízszintmérés szint beállító tartály

kiömlés víz beáramlás túlfolyó

vizsgált cső a helikális rézcső

5.05 cm2 kerestmetszetű spirális, helikális cső keresztmetszete V/5. ábra A Schauberger csövek mérésének elve. Az elrendezést Franz Pöpel mérte a Stuttgarti Műszaki Főiskolán 1952-ben. Jól látszik, hogy a felső és alsó tartály szintje szabályozott. Három helyen mérnek nyomást. A felső tartály, valamint az alsó tartály szintjét a bal, illetve jobb oldali cső méri. A középső cső a vizsgált darab kilépésénél méri a helyi nyomást. A kilépő hely után a folyadék egy diffúzorba jut, ahol a sebessége csökken, nyomása nő, s itt összehasonlítható a belépő nyomással. A torlónyomást, azaz a dinamikus nyomást is lehetett volna mérni, de az megzavarta volna az áramlást. Minél nagyobb a két szélső cső szintkülönbsége egy adott sebesség vagy tömegfluxus esetére, annál nagyobb a súrlódási veszteség is a csőben. A bal alsó sarokban látszik annak a helikális csőnek a keresztmetszete, mely a legjobb eredményt adta. Látszik, hogy nem kör keresztmetszetű a „cső”, így többtengelyű forgómozgás keletkezik az áramlás során.

A vizsgált csőben keletkező nyomásesésre a középső cső folyadékszintje a jellemző. Az itt mért ∆h különbség arányos a csőben történő nyomáseséssel. A megszokott esetekben ez a nyomáseltérés pozitív, mert a belépő rész nyomása magasabb, mint a kilépő rész nyomása, hiszen nyomáskülönbség szükséges a súrlódás legyőzésére. Egy speciális cső akkor lesz „önjáró”, „öngerjesztő”, ha a kilépő nyomás magasabb, mint a belépő, azaz az örvénycső mintegy „meghajtó motorként” viselkedik, tehát nem disszipálja, hanem termeli az energiát. Ez persze csak a legkifinomultabban tervezett és megvalósított áramlásoknál fordul elő, de már az is előny, ha az örvényhatás miatt csökken az áramlási veszteség. Az V/6. ábrán látszik az V/4. ábra csöveivel történő mérések eredménye. A függőleges tengelyen látható a belépő és kilépő nyomás közti eltérés centiméterben, (a vízoszlopok szintkülönbsége) a vízszintes tengely felső osztása a tömegfluxussal arányos, 0,1

148


dm3/sec-mal kezdődik, és 0,45 dm3/sec-mal végződik ez a skála. Alatta a kiömlési sebesség látszik, 20 cm/sec-mal kezdődik, és 90 cm/sec-mal végződik a skála, 10 cm/sec-os osztásokkal haladva. A V/6. ábrán látszik a csőfal anyagának, geometriájának és belső bordázatának a hatása. A 2. számú üvegcsőnek a legnagyobb a súrlódása, ezután az egyenes réz és kúpos rézcsövek következnek (1., 3. számmal). Az 5., 6. spirális rézcsövek ellenállása körülbelül 40 cm/sec felett kezd csökkenni, addig esetleg rosszabb is lehet, mint a bordázatlan cső. A 4. számú, lapított keresztmetszetű helikális cső egészen érdekes viselkedést mutat. A mérés csak körülbelül 60 cm/sec sebességig végezték el, a többi már extrapoláció. Egy szokatlan „kvázi periodicitás” látszik a súrlódási ellenállásnál, melynél a minimum helyek aránya az aranymetszés 1:1,618-as arányához közelít. Ez a periodicitás a két tengely körül forgó mozgás következménye, ilyenkor a mozgásegyenletek már erősen nem lineárisak. (Gondoljunk csak a guruló és eldőlő pénzérmék mozgására, ott is két tengely körüli a forgás és a kinematikai gördülő mozgás jelenti a kényszerfeltételt a korong és a sík lap között) 10 ∆p [cm] 9

üveg (1,2)

egyenes réz és kúpos réz (3)

kis keresztmetszetű spirális réz cső (6)

8

nyomáskülönbség (cm)

7

nagy keresztmetszetű spirális réz cső (5)

6 5 4

spirális helikális réz cső (4) 3

feltételezett működés

2 1

nettó energiatermelő szakasz

0 0.1 20

30

0.2 40

50

0.3 60

70

0.4 80

0.45 tömegfluxus 90 sebesség

V/6. ábra. A mérési eredmények különböző csövekre. Figyelemre méltó a helikális spirálcső súrlódásának alacsony értéke és periodicitása. Két szűk tömegfluxus tartomány esetén körülbelül 0,13 dm3/másodperc és 0,3 dm3/másodperc esetén a cső „hajtja” a folyadékot, a keletkező nyomáskülönbség negatív lesz. Ilyenkor a cső nem passzív, hanem aktív energiatermelő elem, mintha motor lenne benne.

Két esetben találunk olyan minimumhelyet, ahol negatív az ellenállás, azaz „hajtóegységként” és nem az áramlást akadályozó, disszipatív, súrlódó szerkezetként viselkedik a helikális cső. Jellegzetes ez az eltérés a belső spirállal rendelkező, 5., 6. számú rézcsövek és a helikális, duplaspirál alakú, 4. számú cső között. Mindkét geometria esetén látható, hogy kisebb nyomáskülönbség kell a folyadék szállításához az adott sebesség esetén, mint a sima belső falú csöveknél. Nyereség adódik már az egyszerű, spirális pályán történő áramlásnál is, de nem viselkedik még aktív hajtóelemként az egyszerű spirálos cső. A helikális cső esetén, ahol már két tengely körül forog a közeg, kitüntetett helyeken azaz igen szűk paramétersávban (adott tömegfluxus esetén), aktív elemként viselkedik a belapított keresztmetszetű helikális cső. Ez azt jelentheti, hogy kb. egy adott és rögzített, 1,612 x

υ axiál ⋅ n esetén állhat elő az önhajtás, azaz az „öngerjesztés” esete. υ radiál

Míg az 5., 6. számú, egyszerűen forgó belső spirálos csövek esetén a nyereség hő formájában jelentkezik (hiszen a mozgás miatti súrlódás ugyanaz, mint a szokásos, belső borda nélküli csöveknél), ez nem igazán gazdaságos. A többletenergia ugyanis hő formájában nem értékes, hiszen ennek ára a meghajtáshoz használt mechanikai vagy hőenergiának csak a töredéke. A 4. számú helikális, két tengely körül forgató cső még így is általában jobb eredményt ad akkor is, ha nem az öngerjesztő, „önjáró” paramétertartományban működik. Mindenképpen érdemes ezért olyan konstrukcióban gondolkodni, amely lehetővé teszi a két tengely körüli forgatást, és ad lehetőséget „finomhangolásra”, azaz a tangenciális sebességek/axiális sebességek arányának változtatására, például forgatható terelőlapátok segítségével. (Talán nem véletlen, hogy Ehrenhaft mágneses monopóluskísérleteinél is ilyen dupla spirál alakú pálya esetén vas részecskék „önjáró” módon mozogtak.) Két tengely körüli mozgás esetén nagyobb lesz a részecskék helyi szöggyorsulása, ezért nő a nyereség mér-


149

téke. Sajnos nem maradt fenn a Schauberger-féle geometria a 4. számú cső esetén, így nincs kész méretezési utasítás. Újra kell kezdeni itt is a már egyszer elvégzett munkát. Ha a IV. fejezetben leírt szimmetriacsökkentési szabályt tartjuk szem előtt, akkor is érthető, hogy a forgó közegnek kisebb a szimmetriája, mint az egyenesen haladó közegé, és a két tengely körül forgó közegé pedig még kisebb, így egy új hatás, az öngerjesztés lép föl. Talán ez a legegyszerűbb eset, hogy az öngerjesztés, azaz a külső energiaforrás nélküli esetben tiszta nyereség állhat elő az energia (és impulzus) esetén. Itt jól látható a spirálmozgás fontossága, a pálya geometriájának a meghatározó szerepe. Ebben az esetben láthattuk, hogy terelőlapátok segítségével örvényes mozgást hoztunk létre, ami nem potenciálos, de a szűkülő áramlási csatornák miatt a sebesség folyamatosan nő, így a nyomás is folyamatosan csökken – és emiatt egy sebességfüggő erőteret is létrehoztunk. Így két nempotenciálos erőtér is megjelenik, így az I. kritériumot kielégítettük. A spirálkarok közti szűkülő keresztmetszetű áramlás a II. feltételt, a magasabb deriváltak létezését a pálya mentén, és állandóan változó sugár létét is kielégítik, így előáll a teljes szimmetriavesztés. A következő fejezetben ezt a fontos kérdést részletesebben mutatjuk meg, hiszen a teljes szimmetriavesztés nem minden spirálmozgás esetén maximális értékű. Merev testeknél többfajta (esetleg analítikusan le sem írható) pálya menti mozgás is megvalósítható, deformálható közegekkel, erőterekkel viszont jobbára csak spirálszerű alakzatok valósíthatóak meg. Milyen alakú legyen a spirál? Néhány alapvető dolgot, feltételt lehet sejteni a spirál alakját illetően. A kiinduló feltételünk az, hogy minél nagyobb mértékben térjen el két szomszédos pont között egy mozgó részecskére ható pszeudoerők mértéke, azaz egy-egy szomszédos pont között minél nagyobb legyen a szimmetria csökkenés, hiszen így várhatóan nagyobb lesz a kívánt hatás. Két szélső eset létezhet, amikor ez a változás nulla – a tiszta körmozgás örvényes esete és a tiszta, sugárirányú mozgás potenciálos esete. Tiszta körmozgás esetén minden pontnak azonos a szögsebessége, ha a szomszédos pontokat nézzük, így a pszeudoerők is azonosak, ezért nincs változás, ha az r pályasugár azonos. Ha tisztán radiális a mozgás, hasonló helyzet, mert akkor végtelen sugarú körön való mozgásként is felfoghatjuk a mozgást ahol nem változik a szögsebesség. A középponttól azonos távolságokra levő szomszédos pontoknak a dinamikus tulajdonságai ismét csak azonosak lesznek, így természetesen ez sem megfelelő. Sejthető, hogy a két szélsőség között lesz a keresett megoldás valamilyen pályán. Nem biztos, hogy zárt alakban megadható a keresett alakzatot leíró formula, de közelítő feltételt fel tudunk állítani: a pálya simuló körének sugara és a részecske sebessége a legerőteljesebb mértékben változzon, miközben a részecske a keresett görbén végighalad. Három térdimenzió esetén nemcsak a simuló kör sugarának a változása, hanem a torzió változásának a maximuma is lényeges. Az egyszerűség miatt most csak szorítkozzunk a kétdimenziós esetek vizsgálatára. A V/7. ábrán látszik a keresett görbe, ami most spirál, a simuló kör ρ sugara, és a spirál érintőjének a rádiuszvektorral bezárt α szöge, valamint egy lehetséges keresési kritérium, mint

∂ρ ∂υ ⋅ másodrendű, parci∂s ∂s

ális, derivált szorzatainak értékének maximuma, ahol s a spirális mentén mért távolság, mint paraméter, és υ a sebesség. Más maximalizálási feltétel is elképzelhető. Például változó keresztmetszetű (szűkülő) csatornában történő áramlás esetén, deformálható közegnél keressük azt a csatorna alakot, ahol egy részecske lineáris impulzusának és impulzusnyomatékának és energiájának a változása egyszerre lesz maximális. Többféle független változót használhatunk, pl. az r , ϕ, vagy s, ϕ, és t függvényében is. Ha g = (r , ϕ , t ) jelöli azt a célfüggvényt, ami a három szimmetria valamilyen összege, akkor pl. felírhatjuk a keresett maximumot

g'=

∂3 g alakban, amely egy harmadrendű vegyes parciális derivált. ∂r ∂ϕ ∂t

A keresési kritériummal azt a görbét határottuk meg, amely mentén haladva a részecske összes szimmetriája a legnagyobb mértékben csökken, azaz energiája, impulzusa és impulzusnyomatéka egyszerre nagymértékben változik. Nyilvánvaló hogy csak olyan pályák között szabad keresni, ahol a mozgás pályájának sugara (és görbületi sugara, torziója) valamint a test sebessége is változik, sőt azok magasabb deriváltjai is. Hasonló megfontolások vonatkoznak a mezőkre is, ott a térerősség értékeinek és rányának változása a fontos. Most még csak találgatni lehet az optimalizálási kritériummal kapcsolatban. Talán úgy is fogalmazhatunk, hogy az az optimális pálya, ahol a Newton II. törvényétől való eltérés a maximális. Ha ismernénk a dinamika kiterjesztett egyenletét, az optimalizálás már könnyű lenne. De fordított úton kell járni, előbb próbálgatással jó szerkezeteket kell építeni, s ezután kísérleti eredményeket lehet gyüjteni, s csak ekkor következik az elméleti analízis. A III. részben már említettük, hogy a nevesített síkgörbék közül pl. a spirálisok, a nyújtott és hurkolt cikloisok, láncgörbe, stb. jöhet számításba, hiszen itt magasabb deriváltak tetszőleges rendig léteznek, nem tűnnek el.

150


Nézzük most meg a sok számításba jöhető , már nevesített görbék közül csak a spirálisokat. Itt is számos egyszerű és bonyolult alakzat létezhet, jó részüknek nincs is neve. Lehet, hogy egy ma még névtelen alakzat lesz a szimmetriavesztés céljára a legjobb eredményt adó megoldás, de újra korlátozzuk most figyelmünket az ismert görbékre. α ρ=∞

ρ1

ds ϕ

ρ2

a.)

∂ρ ∂υ ⋅ ∂s ∂s

ρ3

ρ = állandó

b.)

α

π/2

0

6

-2

2

4

1

2

-1

0

1

-4

2

-2

-1

0 -2

2

4

6

-4

-2 c.)

d.)

1 150

0.8

100

0.6

50

0.4 -150 -100 -50

0.2 -0.4

-0.2

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-0.4

100

150

200

-100

1.2

-0.2 e.)

50 -50

-150 f.)

-200

V/7a.-f. ábra. a) Egy spirál, melynek vonala mentén a simuló körök ρ sugarának változási mértéke maximális. A spirál érintője α szöget zár be az r rádiuszvektorral. A b.) ábrán látszik egy keresési kritérium. c.) Archimédeszi spirál. d.) Hiperbolikus spirális. e.) Korevolvens. f.) Logaritmikus spirális (80°)

Létezik néhány olyan spirál is, melynek polárkoordinátás egyenlete zárt alakú és egyszerű, ezek közül hatot adunk meg: 1. Archimédeszi spirál: az r = aϕ függvénnyel leírható görbe, melynél a spirál karjai között a rádiuszvektor metszete azonos hosszúságú, d = 2aπ. Egy hengerről letekert fonal vége írja le ezt az alakzatot, jellemző rá, hogy α közelítőleg π/2, ezért nem változik a simuló kör sugara jelentősen. (V/7c. ábra.)

V. rész: Alkalmazási példák A görbületi sugár hossza ρ = a görbületi sugár, tehát

(ϕ

151

)

+1 . Innen látszik, hogy ϕ nagy értékeinél nem változik jelentősen a ϕ +2 3

2

∂ρ kicsiny. Ugyanakkor, mivel a spirál karjai között állandó a távolság, és így két ∂s

térdimenziós síkáramlás esetén a keresztmetszet is állandó, a sebesség csak kis mértékben változik, a sugár változás miatti mértékben. Így a sebesség magasabb deriváltjai jelentéktelen értékűek, ezért a szim-

∂ρ∂υ ∂ρ∂ϕ avagy vegyes parciális derivált értéke kicsiny, így 2 ∂ϕ 2 ∂s

metriacsökkenés mértéke kicsiny. Így a

a nyereség is alacsony, ez a görbe nem alkalmas gyakorlati felhasználásra. 2. Hiperbolikus sugár: r = a/ϕ. Mivel a spirál karja aszimptotikusan tart egy egyeneshez, ϕ nagy értékeinél.a változás mértéke ott kicsi, így ez sem megfelelő. A hiperbolikus spirál esetén a magasabb deriváltak léteznek, azaz f1 (ϕ ), f 2 (ϕ) deriváltak nem tűnnek el. A karok közti távolság erősen nő nagyobb ϕ értékeinél, de a görbületi sugár alig változik, így

∂ρ ∂υ szorzat értéke nem jelentős, bár kisebb ϕ értékek⋅ ∂ϕ ∂ϕ

re talán használható ez a görbe is. (V/7d. ábra) 3. Parabolikus spirál: r = a ϕ + l . Kis ϕ esetén itt is kicsiny a változás mértéke, ilyenkor hasonlít az Archimédeszi spirálhoz. 4. Körevolvens. Ezt a görbét egy körről lecsavarodó fonál vége írja le, hasonlít az Archimedeszi spirálhoz nagy ϕ esetén. Ha „a” annak a körnek a sugara, amelyről a fonál lecsavarodik, akkor a görbületi sugár

ρ = aϕ = 2aL ahol L a teljes ívhossz. (V/7e. ábra.) 5. Euler-spirális: ennek a görbének a görbületi sugara fordítottan arányos a görbe egy rögzített pontjától mért ívhosszal – r=a2/s. Ennél az alakzatnál az inflexiós pont kivételével a spirál menetei nincsenek nagy távolságra egymástól, hasonló a helyzet az Archimédeszi spirálhoz. 6. Logaritmikus spirál: r = aekϕ...., ahol k = áll. =ctg α. (V/7f. ábra.) Ez egy állandó érintőszögű alakzat, és valószínűsíthető, hogy egy ilyen forma környékén érdemes az optimális megoldást keresni, (de nem biztos, hogy ilyen egyszerű, zárt formulával megadható a keresett görbe). A logaritmikus spirál esetén biztosak lehetünk, hogy létezik az idő szerinti (vagy ív mentén vett) összes magasabb derivált, hiszen az r (ϕ ) = a ⋅ e kϕ

ρ = 1 + k 2 r , az a s ívhossz: s =

(t )

függvény tetszőleges számban deriválható. A görbületi sugara

1+ k r . A V/7g. ábrán olyan logaritmikus spirálok láthatóak, ahol a k 2

spirálok érintőszöge, mindössze egy fokot tér el egymástól, de látható, hogy ez a kis különbség jelentős eltérést okoz a görbék alakjában. Természetesen nemcsak síkmenti csavart alakzatok, hanem térbeli spirálok is előállíthatóak. Például két eltérő nyílásszögű kúp köré állandó (vagy változó) menetemelkedésű áramlási csatornát készíthetünk, de ez a megoldás nemcsak szabályos kúpok között jöhet létre. Ha nemcsak egy tengely körüli forgást engedünk meg, akkor újra sokféle, változatos szerkezeti megoldáshoz jutunk. A legegszerűbbek a sík spirálra, mint tengelyre „csavart” újabb spirál esete, ekkor már két, egymásra merőleges tengely körül forog egy kiválasztott pont. Ezt a megoldást három egymásra merőleges tengely esetére is kiterjeszthetjük, de ennek technikai megvalósítása nehéz. Már két kitérő tengely körül létesített áramlási csatorna (vagy erőtér) megvalósítása is gondot jelent, de a szimmetria ilyen módon való további csökkentése esetleg jelentősen erősítheti a keresett effektust. Ha spirálkarok közti áramlást, több merev testből álló rendszert, vagy erőteret vizsgálunk, akkor feltűnik, hogy a teljes szimmetriavesztést mindig egyenes vonalú és forgó mozgás kombinációjával állítjuk elő, hiszen így valósítható meg a teljes szimmetriavesztés. Ilyenkor nemcsak a vizsgált áramlási mezőnek, sebességmezőnek, erőtérnek van rotációja, hanem a rotációs térnek is lesz rotációja és így tovább. A magasabb deriváltak létezése miatt sejthető, hogy olyan összetett sebesség (térerősség) mezők jönnek létre, ahol a rotáció rotációja sem zérus. Például a folyadékáramlásra felírva a ∇x ∇x ... ∇xv≠0 feltétel is adódhat ilyenkor, s elvileg talán végtelen számú ∇ operátor (esetleg több tengely körül) jelenhet meg, s ez is felfogható szimmetriavesztési kritériumként. Térjünk most vissza a legegyszerűbb kétdimenziós esetre, a logaritmikus spirál esetén nézzük meg, hogy melyik spirálszög esetén remélhetünk maximális effektust, azaz azt vizsgáljuk, hogyan optimalizálható, hogy maximalizálható az effektus, a szimmetriavesztés mértéke – azaz például az energianyereség mértéke.

152


Optimalizálás Bármilyen közeg áramlása esetén a radiális gyorsulás és a tangenciális gyorsulás és magasabb deriváltjaik maximalizálására is törekszünk. De úgy is fogalmazhatunk, hogy keressük azt a görbét, amelyik egyenlő mértékben távol van a körtől, de a sugárirányú egyenestől is. Ám nem biztos, hogy ezt az α = π / 4 szögű érintővel bíró spirál elégíti ki. Sejthető viszont, hogy az optimalizálás az aranymetszéssel kapcsolatos. Az aranymetszés aránya a természet legirracionálisabb száma, a racionális számoktól ez áll a „legmeszszebb”, és gyakran megjelenik értéke a fizikában, a biológiában. Az aranymetszés aránya sokszor optimalizálási problémáknál fordul elő, a Fibonacci számokkal együtt. Ha a szakaszok hányadosaként definiáljuk, akkor A/B = B/(A+B) formában írjuk fel. Ha A / B = Φ, akkor Φ = 1 / ( 1 - Φ ) alakban is írható, vagy pedig a Φ2 - Φ = 1 egyenlettel is megadható az aranymetszés értéke. Kiszámítható, hogy Φ =

(1 + 5 ) , azaz kb. 2

5/8 kb. 1,6803... . Az x − x − 1 = 0 egyenletnek két megoldása van. Az egyik a már említett 2

x=

(1 + 5 ) = 1.61803 , míg a másik gyök x' = ( 2

)

5 −1 = 0.61803 ezt Φ’-vel jelölik. Így Φ’ a Φ értéké2

nek negatív reciproka, azaz Φ ⋅ Φ’=-1. A Φ ezért az egyetlen olyan szám, amiből egyet levonva saját reciprokát adja, azaz Φ − 1 =

1 s így Φ 2 − Φ − 1 = 0 . Φ 30 20 10

37° -90

g.)

h.)

36° -80

-70

35° -60

α=137.3°

-50

-40

i.)

-30

α=137.5°

-20

-10

j.)

0

10

α=136.7°

V/7g.-j. ábra. g) 35, 36 és 37°-os logaritmikus spirálisok görbéje. h. i. j.) Logaritmikus spirálisok mentén elhelyezkedő pontok optimális, maximális sűrűsége csak az α = 137.5°-nál adódik.

Számos szabályos geometriai alakzatban megjelenik értéke, ezekre itt nem térünk ki. Most röviden leírjuk a Fibonacci számok és az aranymetszés kapcsolatát, mert az optimalizálási problémák megértéséhez ez is szükséges. Fibonacci számokként vagy sorozatként az u n −1 + u n = u n +1 módon megadott számok sorozatát értjük. Ilyen az 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 ... sorozat, azaz minden szám az előző kettő összege, mert a kiinduló számok értéke 1 és 2. De lehet például az 1, 1, 2, 3, 5 stb. sorozatot is képezni, vagy az úgynevezett anomáliás sorozatot: 1, 3, 4, 7, 11, 18 stb. Ez utóbbi esetén két szomszédos tag hányadosa tart Φ értékéhez,

u n +1 u = Φ , és lim n = Φ ' . n →∞ u n →∞ u n n +1

azaz lim

Kétféle szöget is szoktak „arany szög”-ként nevezni, az egyik a 36°-os szög, amely π/5 és

cos 36° = 1 − 2 sin 2 18° =

Φ 2 vagy (2 sin 36°) = Φ '+2 . 2


153

Valószínűleg 36°-os spirálszöggel rendelkező logaritmikus spirál segítségével építhetjük meg optimálisan a szerkezetek egy részét, ezért fontos számunkra ez az érték. Az „arany szög” másik értelmezése Φ’⋅360° azaz ϕ' ≅ 222,5°. Ennek inkább a kiegészítő szögét használjuk, azaz ϕ = 360 - ϕ’=137,5. A ϕ értéke, amely így „arany szög”-ként értelmezett, 137,50776...°. Ez azért nevezetes, mert csak ilyen szög esetén lehet spirálisok mentén elhelyezett pontokat (kis köröket) szorosan pakolni. Itt is egy optimalizálási probléma adta ezt az értéket. (Lásd V/7h., i., j. ábrákat) Kétféle módszer is ismeretes olyan logaritmikus spirál elkészítéséhez, amelyben a generáló elemek aránya az aranymetszés állandójával azonosak. Az egyik négyszögek dinamikusan ismétlődő szimmetriájával, a másikban háromszögek dinamikusan ismétlődő szimmetriájával érhetjük el, hogy az aranymetszés állandója

æ1 è2

ö ø

generálja a spirált. Mivel Φ = tanç arc tan 2 ÷ . A V/8a. ábrán látszik, hogyan lehet előállítani ezt a spirált úgy, hogy egymás utáni négyzetek alakítják a spirál pályáját, vagy speciális egyenlő szárú háromszögekkel az V/8/b. ábrán látható módon. Ekkor 36 fokos szög alatt metszi a spirál érintője a rádiuszvektort. (A részletek István Hargittai és C. A. Pickover Spiral Symmetry c. könyvében találhatóak. Kiadó: World Scientific, 1992.) Ez a spirál a természetben is előfordul a növény- és állatvilágban. Példaként az V/9. ábrán látjuk a napraforgó virágjához hasonló az elrendezését, s benne egy ilyen speciális spirált, mely jobb és bal sodrásúként egyszerre található meg. Az V/9c. ábrán a generálás módja, az V/9b. ábrán pedig a logaritmikus léptékű rádiuszok látszanak jól. V/8. ábra. Logaritmikus spirál előállításának két módja. a.) A négyzetek élhosszainak aránya Φ-vel egyenlő. b.) A háromszög esetén a BD szakasz hosszának négyzete Φ2 arányos. Az ABC és BDA háromszögek hasonlóak, ezért CD szakasz hossza 1-Φ2 arányos. Ha a hegyesszög értéke 36 fok, ami a spirál hajlásszöge, akkor előáll az 1-Φ2 = Φ arány, ami Φ=

5

esetén az aranymetszés aránya.

a.)

a.)

b.)

b.)

c.)

V/9. ábra. Az aranymetszés és a Fibonacci számok arányait mutató logaritmikus spirálok. a.) A napraforgó típusú elrendezés. b.) A spirál felépítése. c.) Az egyes szegmensek hasonlóságának kimutatása.

V/10. ábra. a.) Az aranymetszés arányai kb. 36 fokos spirálban. (Az ábrán látható számok nem hosszakat jelentenek, hanem sorszámok.) Az aranymetszés arányai akkor jönnek létre, ha A/B = B/(A+B). b.) Egy olyan logaritmikus spirál, amely nem az aranymetszés arányait tartalmazza.

a.)

b.)

154


Az V/10. ábrán pedig az aranymetszés arányai segítségével létrehozható egyik logaritmikus spirál összehasonlítása látszik egy másik, „laposabb” spirállal, mert az α érintőszög kisebb. Többféle olyan spirál készíthető, melyek arányaiban valahol megtalálható az aranymetszés, de nincs egyetlen olyan kizárólagos, amit az aranyspirálnak nevezhetnénk. A gyakorlatban persze sokszor egy kúp mentén mozgatjuk a folyadékot. Az elektromosan töltött részecskéket azonban lehet síkban mozgatni, de az elektródokat is beszámítva már háromdimenziós mozgást végeznek. Látjuk, hogy fontos szerepe van az áramlás belépő szögének és sebességének, és csak egészen szűk belépőszög és sebességérték esetén alakulnak ki olyan radiális és tangenciális gyorsulásváltozások a részecske pályája mentén, melyek igazán kedvezőek számunkra. Látszik az örvényes terek és mezők szerepe, ám nem kizárt, hogy időfüggő, de nem örvényes terek is felhasználhatóak energianyerésre. Most ezen rövid kitérő után újra visszatérünk a konkrét konstrukciós megoldások ismertetésére, ám ezelőtt még két dolgot röviden meg kell említeni. Ha folyadékot használunk áramlási közegként, akkor a nyomásesés miatt kavitáció alakulhat ki (ez a közeg hőmérsékletétől és nyomásától is függ), és a I. részben ismertetett közegforgatás miatt ellaposodó buborékok is kialakulnak. Ezek a Casimir effektus segítségével az I. részben a már leírt módon további energianyerésre adnak módot. Gáz közeg esetén ez a lehetőség nem áll fent, viszont nagyobb sebességek, nagyobb gyorsulások érhetőek el. Schauberger a szabadalmában „anyagbontásról” ír, lehet, hogy ez ennek a hatásnak a következménye. Nem lehet azonban kizárni, hogy az orosz kutatók által torziós térnek nevezett effektus alakul ki, s ennek további, még ismeretlen hatásai is vannak. Ezekkel itt most hely hiányában nem tudunk foglalkozni. A Potapov-féle egytengelyes konstrukció Az első olyan, sorozatgyártásra is került konstrukció, mely a spirálmozgással történő többletenergia hasznosítására irányul, a moldáviai Jurij Szemjonovics Potapov akadémikus nevéhez kapcsolódik. A berendezés vázlatos leírása a PCT WO96/33375 közzétételi szám alatt található, dátuma: 1996. október 24. A „berendezés elektromos és hőenergia termelésére” című beadványban csak igen elnagyoltan írnak a szerkezetről, a lényegről, (az általuk ciklonnak nevezett örvénykamráról,) annak rajzát nem közlik, s magáról a hatásról pedig szinte semmilyen részletet nem adnak meg. Az V/11. ábrán látszik a berendezés elrendezése (a., b. ábrák), azok az egyszerűbb, de szemléletesebb elrendezések, a YUSMAR nevű berendezés korábbi verziói. Ezekkel kezdjük a bemutatást. Az V/11a. ábrán látszik a ciklonkamra oldalnézeti rajza, a 4. számú beömlőcsonk kúpos, hogy gyorsuljon a folyadék, és láthatóan egy helyen és tangenciálisan jut be a folyadék. A nagy beömlési sebesség elérése célszerű, hiszen akkor nagy szöggyorsulások érhetők el az áramlás során, azaz a folyadék a forgása során jelentős szöggyorsulást ér el, miközben a spirál mentén mozog. Az érintőleges befújás (anholonóm peremfeltétel) hiba, átgondolatlan konstrukciós lépés, (esetleg szándékos megtévesztés), hiszen így nem a megfelelő optimális szögben lép be a folyadék. A 2. számmal jelzett kamra alakja csak elnagyoltan van lerajzolva, hiszen a 2. szám közelében levő levágás, lapos lemez tönkretenné az áramlási pályát. A valóságban nem ilyen a kamra, de ezt a leírás V/11a. ábra. nem részletezi. Az örvénykamrában levő spirál alakú lapáAz örvényes, spirál alakú áramlást előállító ciklonkamra tok alakja és méretezése nincs megadva, pedig ez a lényeg. oldalnézete. A nyíllal jelölt részen lép be a folyadék, Szóbeli forrásokból lehet tudni, hogy a kamrában a spirál a 4-es, kúpos szakasz gyorsítja a mozgást. A 2. szám jelapátok vastagak, és falaiban lyukak vannak a kavitáció előlöli a ciklonkamrát. segítésére. A ciklonkamra nemcsak radiális, hanem belül 7-es számú bordákkal ellátott, axiális kamrával is rendelkezik, mely a b) ábrán látszik. A 10. számú megkerülővezeték segítségével visszakeringetik a folyadék 1020%-át, s ez további energianyereséget adhat, hiszen a keringetőszivattyút így egy kicsit tehermentesíteni lehet. Az ideális eset persze az lenne, ha csak indításként kellene keringetőszivattyút használni. Ebben a rendszerben is fellép a kavitáció, és többletenergiatermelést tesz lehetővé a Casimir effektus segítségével. A teljes berendezés a c) ábrán látszik, az 1-es keringetőszivattyú nyomja a folyadékot a 4-es belépőcsonkhoz, s a folyadék a 2-es radiális, majd az 5-ös axiális örvénykamrába jut. Elvileg ezt a két egységet egyetlen kúpos örvénykamrában is megvalósíthatnánk, de ennek gyártása, tervezése nehezebb, mint a kész lemezekből és csövekből megvalósítható kettős örvénykamra, bár jobb hatásfokú lehetne a kúpos szerkezet. (Ezt a megol-


b.)

155

c.)

V/11b., c. ábra. A b.) ábrán felülnézetben látszik az örvénykamrához kötött 10-es számú megkerülővezeték, mely a kisebb nyomású, 7-el jelzett helyen lép be újra. Az 5-tel jelzett, elnyújtott, axiális örvénykamra még további energianyelést tesz lehetővé. c.) Az örvénykamra, a keringetőszivattyú és a hőcserélők kapcsolása.

dást majd az eredeti Schauberger-féle szerkezetnél fogjuk részletesebben megvizsgálni.) A folyadék visszaforgatása a 10-es megkerülővezetékkel érhető el, s az energianyereség a felgyorsult folyadéknál hővé disszipálódik az örvénykamrákban. A meleg folyadék a 14-es hőcserélőkbe jut, melynek szabályzását, s így a hőmérséklet szabályzását a 13-as és 16-os szelepek biztosítják. A folyadék a 15-ös vezetéken át tér vissza a keringető szivattyúba, s így a kör lezárul. Ennek az elrendezésnek az a hátránya, hogy hiába kapjuk a nyereséget mechanikai energia formájában, ebben a rendszerben mindenképpen hővé alakul. Ezen enyhít a d., e. ábrán látható elrendezés, ahol a mechanikai energia nyereség egy részét turbinák segítségével visszanyerik. Ennek ellenére körülbelül 200%-os csak a sorozatban gyártott rendszer összhatásfoka, s a nyereség hőben jelentkezik, ezért gazdaságossága kérdéses. Csak ott lehet ez a rendszer rentábilis, ahol a villamosés hőenergia ára azonos. A rendszer alacsony hatásfoka egyértelműen az örvénykamra rossz konstrukciójából következik, az pedig a jelenség töredékes ismeretéből. Ennél sokkal jobb konstrukció született Magyarországon, G. Szláva irányításával, ahol egy csoport olyan berendezést készített, amely két tengely körüli forgást valósított meg. Az V/12. ábV/11d., e. ábra. rán látszik, hogyan valósíthatjuk d.) Javított hatásfokú elrendezés. A 3. számú radiális, spirális ciklonkamrából és 2. meg ezt elvileg, hogyan juttatunk számú elnyújtott, axiális örvénykamrából kijutó, felgyorsított folyadék a 9. fúvókán át forgó folyadékot egy spirális örjut a 11. vészturbinába, hogy az értékesebb mechanikai energia ne hővé alakuljon, havénykamrába úgy, hogy a két fornem villamosenergiává. A megmaradó potenciális energia egy részét egy második, a gástengely körülbelül merőleges 14. számú turbinával lehet elektromos energiává alakítani. A 7. számú motor hajtja a 6. számú keringetőszivattyút, s a nyereséghő a 19. hőcserélőn át távozik. A 20. vezeték egymásra. a folyadék be- és kivezetésére szolgál. Az előbbi elrendezés oldalnézete.

156

Egely György: Bevezetés a tértechnológiába II. A gyakorlatban persze jóval összetettebb, bonyolultabb az ilyen rendszer, számos szabályozási, visszavezetési lehetőséggel ellátva. A készülék vázlatos leírása a függelékben megtalálható, Magyar kéttengelyes örvényrendszer címszó alatt. Ezeken a rendszereken már jól szemléltethető a fejezet elején említett négy darab szempont, most ezeket ellenőrzésképpen sorra vesszük. I.

V/12. ábra. Két forgástengellyel rendelkező örvényes rendszer elvi vázlata. 1. Az első forgástengely iránya. 2. Második forgástengely iránya.

II.

Nem potenciális erőterek létrehozása. A spirál alakú terelőlapátokkal örvényes mozgást alakítottunk ki, s a szűkülő mozgás miatt a nyomás értéke sebességfüggő, és a csökkenő sugár miatt megjelenő Coriolis erő is sebességfüggő. Az így képződő nempotenciálos erők miatt a rendszer összenergiája nem marad állandó (mint a potenciálos, konzervatív erők esetén), tehát a rendszer folyamatosan fel tud venni energiát a környezettől. Ez még önmagában nem elegendő a többletenergia (és többletimpulzus és impulzusnyomaték) előállításához. A „többlet” előállítása a spirál alakú áramlási pályával történik, mert az áramlási pálya mentén létezik az összes derivált, azaz r , r, r, r, ..., r (n) derivált, vagy pedig

r,

dr dr 2 dr 3 dr ( n ) dr ( ∞ ) , 2 , 3 , ..., ( n ) , ..., ( ∞ ) . ds ds ds ds ds

A magasabb rendű deriváltak értéke monoton módon növekszik, t, ϕ vagy s ívhossz növelése során. Ha az áramlás iránya megfordulna, azaz belülről áramlana kifelé a közeg, akkor veszteség jelenne meg az áramlásnál, s ez a súrlódási veszteségen felüli veszteség, amely nem jelenik hő formájában. Az áramlási átlagsebesség növelésével a nyereség is nő, de az elérhető optimális nyereségérték mértékét a súrlódási veszteség korlátozza, mert a sebesség köbével arányos, így nem érdemes minden határon túl növelni a belépő sebességet. III. Optimalizálás. Az előzőek szerint logaritmikus spirál alakú terelőkarok (lapátok) közti áramlás során akkor maximális a nyereség, ha körülbelül 36°-os érintőszögű „arany spirál” mentén áramlik a közeg. Asúrlódás módosítja ezt a képet, és külön gond a lapátszám, a terelőlemezek számának optimális megválasztása is. Az örvénykamra méretét is optimalizálni kell. Nem érdemes nagy átmérőt, emiatt alacsony belépősebességet választani, hiszen akkor a nyereség is kevés. A kicsiny örvénykamra átmérőhöz viszont nagy belépősebesség kell, és így a lehetséges örvénylési energianyereség egy részét elvesztjük. Ma még nincsenek mérésekkel és számításokkal is alátámasztott méretezési elvek és táblázatok, a helyzet a repülés kezdeteihez hasonlít, amikor a szárny és a légcsavarok méretezése jórészt tapasztalati úton, mérésekkel történt. IV. A nyereség kivitele. A fenti folyadékáramlásos rendszernél a többletként, nyereségként keletkező mechanikai energia, impulzus és impulzusnyomaték hővé disszipálódik, bár a Potapov második rendszerében egy kis turbina segítségével a nyereség egy része mechanikai energiaként kivehető. A hő annál értékesebb, minél magasabb a közeg hőfoka, de ha vizet áramoltatunk, akkor a helyi források megindulása káros is lehet, mert növeli az áramlási ellenállást. Nehéz olyan kis tömegfluxusra alkalmas turbinát találni, amely jó hatásfokú és olcsó is. (A Francis turbina például ilyen.) Hőcserélővel könnyen és olcsón kivehető a nyereség, de az alacsony hőmérsékletű közeg csak szűk célokra használható. Az optimalizáláshoz hasonlóan ez a feladat is komoly problémákat okozhat, mint azt majd látni fogjuk más konstrukcióknál is. A nyereségtermelő szakaszon egy lefelé gyorsuló, „implóziós” áramlást valósítunk meg. A keletkező többlet kinetikus energiatöbbletként jelentkezik, amit egy jó diffúzorral akár nyomásnövekedéssé azaz potenciális energiává is lehet konvertálni, s közben veszteséghő keletkezik. A nyereség kivétele után egy szivattyú viszi vissza a rendszerben áramló folyadékok a kiinduló sebesség és nyomásviszonyokhoz, de ehhez energiabefektetés kell, ha nincs ideálisan méretezve az áramlási csatorna. A áramlás jellemzői (sebességek, magasabb deriváltak értéke és iránya, a pálya alakja) lényegesen eltérnek az energiatermelő szakaszban, amikor az örvénykamrában áramlik a folyadék, a második, visszatérési szakasztól, amikor a szivattyún keresztül áramlik a folyadék hogy visszajusson a kiinduló állapotba.


157

A magyar „kéttengelyes” örvényrendszer Ennek a rendszernek a gyakorlatban nem teljesen merőlegesek egymásra a forgástengelyei. Sok részlet nem szerepel a leírásban, de az alapelv ismeretében a hiányzó részleteket ki lehet találni. Az axiális rész méretezését nagyban nehezíti a buborékok keletkezése és eltűnése is, hiszen ilyenkor lecsökken majd az átlagsűrűség, a sebességet és így a helyi gyorsulásokat ez jelentősen megváltoztatja. Ezért a készüléket csak egy szűk nyomás, tömegfluxus- és hőmérséklettartományban érdemes üzemeltetni. A készülék 5 kW bemenő elektromos energiával üzemel, és 15 kW hőenergiát ad le, körülbelül 70°C üzemi hőmérsékleten kis energiakivétel mellett. Az energianyereség vagy nyomásnövekedés, vagy az ezzel egyenértékű sebességnövekedésben, vagy disszipáció miatt hőmérsékletnövekedésben jelenik meg. Ezért a kamra belsejében alacsonyabb a nyomás, mint a kilépésnél, így több helyen megkerülő vezetékkel a folyadék recirkulációjára van lehetőség, ezért kisebb szivattyúteljesítményre lesz szükség. Igen nehéz feladat egy ilyen készülék méretezése, a megkerülő vezetékek helyének és átömlési keresztmetszeteinek megválasztása. Ez a készülék is jórészt hengeres csövekből áll, és ezért nem az elképzelhető legideálisabb alakú az áramlási csatornák alakja. További fejlesztéssel a meghajtó motor-szivattyú méretének jelentős csökkenése érhető el, sőt végső célként annak teljes elhagyása is kitűzhető, ahogy ezt a 40-es években Schauberger megoldotta. A Schauberger rendszer A fentmaradt töredékes információk szerint Schauberger annyira kifinomult rendszert fejlesztett ki, hogy működése során a rendszerből mechanikus energiát tudott kivenni. Ehhez nézzük meg az V/6. ábrán bemutatott mérés vázlatát, amely az V/13. ábrán látszik. Nézzük, hogyan jelentkezik az energianyereség az egyes eltérő áramlási képeknél. Ha nem forog a közeg, azaz sima belső felületű csövet vizsgálunk, akkor a lamináris, vagy turbulens áramlás ismert összefüggései határozzák meg az adott sebesség eléréséhez szükséges nyomáskülönbséget. A középső görbével jellemzett egytengelyű forgás esetén (a Potapov-gép) a sebességtől függően az a-val vagy A-val jelzett szakasz mértéke az energianyereség. Ennyivel kisebb nyomáskülönbség kell az áramlás fenntartásához. Megkerülő vezetékekkel valamit javíthatunk a helyzeten, a turbina is segít, de nem sokat. Az alsó púpos görbe jelzi a „kéttengelyes forgást”. A magyarországi készülék annak köszönheti jobb hatásfokát, hogy egy „völgyben” van az ideális munkapontja, de ennek ellenére a c-vel jelzett mértékű nyomáskülönbséget létre kell hozni az áramlás fenntartásához. Ez ugyan nem sok, a nyereség pedig az a szakasz, amit a b+a összege mutat. Nyereséget itt sem tudunk kivenni tisztán mechanikus energiaként, csak hő formájában. Igen jól méretezett esetben a Schauberger geometria segítségével már némi mechanikus energiát is ki lehet venni (C szakasz) és sok hőt. Az V/14. ábra mutatja azt a megoldást, ahol ez a nyereség egy önfenntartó folyamatot gerjeszt, bár itt is csak szűk paramétertartományban jön elő a hatás. Először meg kell indítani az áramlást motor segítségével, majd a szükséges sebesség elérése után a motor generátorként működhet tovább, de ha a sebesség a terhelés növekedése vagy csökkenése miatt megváltozik, akkor az önfenntartó folyamat szűk tartományából kiesik a folyamat. Ez is azt mutatja, hogy inkább hőfejlesztésre érdemes használni ezt a lehetőséget. Kérdéses azonban, hogy gázokkal nagyobb sebesség esetén hogyan néz ki ez a görbe, lehet, hogy ott kedvezőbb viszonyok alakulnak ki. ∆p[N/cm2]

sima cső A

egytengelyes forgás

B

kéttengelyű forgás

a V/13. ábra. Nyomáskülönbség a sebesség függvényében azonos keresztmetszetű csöveknél. Különböző áramlási képet generáló vezetékek közti elvi öszc szehasonlítás. A felső görbe sima belső felületű C egyenes vagy szűkülő cső nyomásesését mutatja v[m/sec] a sebesség vagy a tömegfluxus függvényében. A középső görbe az egytengelyű forgás belső spirál alakú bordázatánál, az alsó görbe helikális, bordás csövek két tengely körüli forgásának hatását mutatja. Az a-val jelölt szakasz az egytengelyű forgás relatív nyeresége a forgásmentes áramláshoz képest. A b jelű szakasz a kéttengelyű forgás relatív nyeresége az egytengelyűhöz képest. A c jelű szakasz a kéttengelyű forgás esetén az áramlás fenntartásához szükséges, betáplált energiával arányos. Az A jelű szakasz egy másik optimális tömegfluxusnál mutatja a nyereséget az egytengelyű és forgás nélküli áramlás összehasonlításánál. A B szakasz a kéttengelyű forgás nyereségét mutatja az egytengelyűhöz képest. A C jelű szakasz mutatja arányaiban a kivehető tiszta, mechanikai energianyereséget. Ezen felül még a disszipációs veszteségek miatt hő is keletkezik b

158

a.)

b.)


c.)

V/14. ábra. A Schauberger generátor elrendezése. a.) A generátor metszete. Az örvénycsövekből képzett csillag középen beszívja a vizet, a többletenergia segítségével a kilépő folyadék forgásba hozza a generátort, mely az indítómotorral egy tengelyen van. Az alsó szelep a sebesség szabályozására szolgál. b.) Az örvénycsövek koszorúja csillag elrendezésben. c.) Két örvénycső hosszanti rajza és az áramképük egy keresztmetszetben. (Felül). Jól látszik a lapított, tojás alakú keresztmetszet. Ezeket egyenletes menetemelkedéssel készítették, hogy le lehessen húzni arról a magról, amelyen kalapálással, egyedileg készítették el ezeket a darabokat. Ma már üvegszálerősítésű műgyantákkal is meg lehet oldani a feladatot, vagy finomöntéssel, esetleg galvanoplasztikai eljárásokkal. Nem tudni, hogy a rajzok arányai megfelelnek-e az eredeti daraboknak, mert fénykép nem maradt fenn, csak az egyszerűbb szerkezeti elemekről.

Energianyerés spirális áramlással Mielőtt befejeznénk a mechanikai szerkezetek elemzését, foglaljuk össze újra az eddigieket, hogyan, miért keletkezik a többletenergia. Az V/15. ábrán látszik, hogy egy kiválasztott folyadékelem hogy áramlik a spirális pályán. Látszik, hogy a radiális sebességkomponens is állandóan nő, hiszen szűkül az áramlási keresztmetszet, ugyanakkor a spirál pálya miatt a forgás szögsebessége is állandóan nő, pontról pontra, miközben végighalad egy folyadékelem a pályán. Egy merev és forgó test sebessége minden pontban más, de szögsebessége minden pontban azonos. Egy spirális pályán mozgó tömegpont centrális erőtérben minden pontban más lineáris és szögsebesség-komponenssel rendelkezik, de a saját tengely körüli szögsebessége azonos marad. Közeg esetén azonban még a saját tengely körüli forgás sebessége is változik, azaz rot rot v ≠ 0. Így valóban elérhetjük, hogy a helyi dinamikai törvények minden pontban eltérőek, így az időbeli eltolási szimmetria megszűnik, hiszen a pálya mentén időben állandóan változnak a mozgó testre ható erők. Így érjük el a gyakorlatban a sokszor említett fokozatos szimmetriacsökkentéssel a többlet előállítását. Ezért eltűnnek azok a mozgásállandók, amelyek potenciálos áramlás esetén jellemzőek, és állandóak a folyamat so-


159

rán. Emiatt az energia és impulzus néven ismert mozgásállandók többé nem léteznek (bár más állandók létezése nem kizárt). De a más szimmetria miatti tömegmegmaradás persze továbbra is fennáll. Önkéntelenül is megmaradó mennyiségnek szoktuk gondolni az impulzust és energiát, szokatlan az a szemléletmód, hogy a mozgást jellemző globális, Lagrange- vagy Hamilton-féle formalizmusban gondolkodjunk, és az energiát csak mozgásállandóként, s ezért egy megsemmisíthető szimmetriaként fogjuk fel. Pedig ez következik a globális elvekből, a szimmetriaszemléletből, csak a körülmények megválasztása a lényeges. Láttuk, hogy milyen feltételek esetén szűnnek meg a kitüntetett mozgásállandók (I.-II. feltétel). Technikailag az sem mindegy, hogy milyen mértékben tudunk eltérni a mozgásállandó értéktől, azaz milyen mértékű a szimmetriasértés mértéke – azaz az energianyereség vagy -veszteség mértéke. Láttuk, hogy az eltérés mértéke a potenciálos áramlástól – mozgástól való eltérés mértékétől is függ, másként fogalmazva: a szimmetriacsökkenés mértékétől. Minél messzebbre vagyunk egyszerre a tisztán örvényes és tisztán potenciálos áramlástól – annál jobban sérül a szimmetria – s nő az energianyereség vagy -veszteség mértéke. (Optimalizálás – III. pont) Schauberger mutatott rá először, hogy a gyorsuló rendszereknél nyereséget kapunk (amikor befelé áramlik a folyadék), azaz implóziós áramlásnál, amikor konfúzorban áramlik a folyadék. A fordítottja is igaz: kifelé haladó áramlásnál – explózió esetén diffúzoros áramlás esetén veszteséges a folyamat, s ez nemcsak a súrlódási veszteség, hanem energiaveszteség is. Gondolkodásunkban a szimmetrikus esethez viszonyítunk mindent, azaz ahhoz az esethez, amikor az energia, az impulzus stb. megmarad, s ehhez viszonyítva beszélünk nyereségről vagy veszteségről, bár valójában a szimmetriától való eltérésről kellene beszélni. Miben nyilvánul meg ez az eltérés? Szorítkozzunk most csak az energianyereség esetére, bár ez a szemlélet elvileg nem helyes, hiszen ezekben a spirális megoldásokban az energia nevű "mozgásállandó" vagy szimmetria a már ismertetett okok miatt megszűnik. „Többlet” esetén a gyakorlatban azt tapasztaljuk, hogy megnő az áramlás belső nyomása, azaz kisebb külső nyomással is fent lehet tartani egy adott tömegfluxussal járó mozgást. Elvileg ugyan föl lehet fogni az áramlást úgy is, mintha lecsökkenne a súrlódás, vagy az anyag inerciája, tömege változna meg, de ez a szemlélet még nehezebben érthető, s valószínűleg nem is helyes. Így virtuális tömegcsökkenés, vagy a súrlódást jellemző Reynolds-szám önkényes csökkentése csak ködösítené a képet. A szimmetriaszemlélet, a mozgásállandótól ϕ1 való eltérés mértékében való gondolkodás azt is mutatja, hogy a „nyereség” mértéke nem lehet v1 tetszőleges, minden határt felülmúló. De azt is mutatja, hogy például újabb forgástengely bevev2 zetésével, azaz további szimmetriacsökkentéssel ϕ 2 ez az eltérés fokozható, de megint csak korlátos módon. Schauberger ezzel a fogással érte el, hogy oly mértékben tért el az áramlás a potenciV/15. ábra. álos, örvénymentes esettől, oly mértékben válSpirális mentén áramló folyadéktérfogatok áramlása. A kiválasztott toztak az általa örvénycsőnek nevezett, szarvszefolyadék térfogata állandó marad, de alakja folyamatosan torzul a forgás és gyorsulás miatt, az áramvonal mentén. Látszik hogy egy rű helikális csatornákban pontról pontra a pszeubelépő folydékelem az áramlás során változtatja alakját, saját tendoerők – hogy a súrlódást és tömegerőket teljegelye körül is forog, a gyorsulás mellett. sen legyőzte az egyensúlytól való eltérés – azaz a nyereség, emiatt önfenntartó, öngerjesztő áramláshoz jutott, bár csak kis mértékben, hiszen a nyereség nagy része az áramlási veszteségek pótlására fordítódott. Ezért vetődött fel benne, hogy a kisebb súrlódási veszteséggel áramló gázok segítségével lehetne-e esetleg jobb hatásfokú rendszert készíteni. A fennmaradt leírások alapján készült is ilyen rendszer, és sikeresen is működött, de néhány fényképen kívül más adat, mérési jegyzőkönyv nem maradt fenn. Az áramlási veszteségek kétségtelenül korlátozzák a tisztán, hasznosan kivehető energia mennyiségét, hiszen az alacsony hőmérsékletű disszipációs hő csak helyiség fűtésére alkalmas, gépek hajtására, elektromos energia termelésére már csak korlátozottan. Ezért az áramoltatott közeg megválasztásánál nemcsak gáz jöhet számításba, mint kis veszteségű közeg – hanem elektrongáz is. Nem kizárt, hogy Tesla is ilyen megoldást talált, de erre csak közvetett utalások vannak. Most a Spence-féle szerkezetet fogjuk ismertetni, bár az első kötetben ez már leírásra került, de még nem ilyen szempontok szerint.

160


A Spence-féle szerkezet Ebben a szerkezetben is spirális áramlás valósul meg stacioner módon, de elektrongáz segítségével. Egy elektronágyú lövi be a felgyorsított elektronokat egy homogén mágneses térbe, ahol a Lorentz-erő és a centrális erőtér miatt spirális pályára térnek az elektronok, majd az anódba belépbe zárul az áramkör, és az elektron egy fogyasztón át visszajut a katódba, ahol újra kilövésre kerül. (Lásd az V/16. ábra.) Ha a Potapov-féle egytengelyes rendszerrel hasonlítjuk össze, akkor a szivattyú felel meg az elektronágyú/gyorsító rendszernek, a vákuumkamra és a mágneses tér a ciklonnak, a hőcserélő a villamos fogyasztónak. Az elektronok igen nagy gyorsulással mozoghatnak a vákuumban, súrlódási veszteség nélkül. Veszteség persze itt is van, mert a katódból való töltéskiléptetés veszteséges folyamat, a kilépési munka 1-8 elektronvolt is lehet, a katód anyagától és hőmérsékletétől függően. Izzókatód és félvezető tulajdonságú bevonatok esetén körülbelül 1,5 elektronvoltra csökkenthető a kilépési munka, de ezt nem kapjuk vissza, amikor az anódba visszalép az elektron, hanem hő formájában szétsugárzódik ez a „belépési” munka. A röppálya alakja itt is ugyanolyan fontos, mint a folyadék vagy gáz esetén, ezért az elektronágyú állásszöge, az elektronok sebessége és árama, a mágneses tér eloszlása és térereje mind fontos tényező. optimális pálya

elektronágyú

röppálya gyenge külső mágneses tér anód vagy túl nagy belépősebesség esetén a.) U[V] elektródok közti potenciál

állandó mágnes

izzókatód b.) radiális belövési irány esete (forgás nélküli, potenciálos áramlás) a

kilépési munka

I[A] b

c.)

gyakorlati nyereség (kéttengelyű áramlás feltételezett jelleggörbéje)

elméleti nyereség (egytengelyű spirálos áramlás)

V/16a.-c. ábra. A Spence-gép jellegzetességei. a) röppálya, b) a készülék kapcsolása, c.) jelleggörbéje.

Az V/16c. ábrán látszik a készülék jelleggörbéje, mely hasonlít a Schauberger szerkezetnél használt ábrához. Most a tömegfluxus (kilépő sebesség) helyett áramot használunk, és a nyomáskülönbség helyett az elektródokon mért potenciálkülönbséget rajzoljuk fel. Ha tisztán radiális irányba lőnénk be az elektronokat (külső mágneses tér nélkül), akkor az V/16c. ábra felső egyenes szakasza mutatná a jellegzetességet. Ez mindenkor veszteséges a folyamat kilépési munkája miatt, persze a veszteség hő formájában jelentkezik az elektródokon, az energiamegmaradás teljesül. Ha a belövés szögét és a külső mágneses tér erősségét jobban választjuk meg, spirál pályák alakulnak ki, a jelleggörbe egyre lejjebb kerül, mígnem elérjük azt az állapotot, amikor éppen vízszintes lesz. Ekkor a kiléptetéshez és gyorsításhoz felhasznált potenciálkülönbség éppen az elektródok közti potenciálkülönbséggel lesz azonos, a rendszer önfenntartó, a nyereség itt hőben jelentkezik, de éppen ezért értéktelen, rosszul hasznosítható. Tovább növelve a belövési szöget és optimalizálva a rendszert, a „vízszintes” alá kerülünk, azaz tisztán elektromos energia a nyereség és ez a rendszerből kivihető, elvihető. Ennek lesz egy maximuma, vélhetően akkor, amikor a spirál a legtávolabb van mind a körtől, mind az egyenestől, valahol a 36-40 fokos érintő szög környékén, azaz amikor az aranymetszés szabályai szerint állítjuk elő a spirált. Az elektronáram viselkedése a közegárammal analóg, a nyereség az elektródok közti potenciálemelkedésben nyilvánul meg. Persze gyakorlati korlátok befolyásolják az elérhető áramsűrűséget, így a kivehető nyereséget is.


Baxiális

161

elektród

I

B1 (r ) tangenciális B2 (r )

d.)

e)

V/16d.-e. ábra. A Spence-gép jellegzetességei. d.) egy kéttengelyes elrendezés elvi vázlata, (Toroidális szolenoid részlete. Az axiális indukció állandó, a radiális indukció befelé egyre nő.) e.) elektronpályája két tengely esetében.

Ennél a találmánynál DC potenciálkülönbséggel tudjuk kivenni a hasznos teljesítményt. A terhelés csak szűk hatások között mozoghat, hiszen értéke befolyásolja a két elektród közti térerősség értékét, ami viszont a kinyerhető maximális teljesítményt befolyásolja. Ennek ellenére ez a rendszer az elektromos készülékek közül a legjobban áttekinthető megoldás. Talán sokan felteszik a kérdést, miért nem tapasztalták ezt a hatást eddig ciklotronban, ahol hasonló az elrendezés. Az eddigiekből a válasz is kiderül. Részben a belülről kifelé történő elektronmozgás miatt veszteségünk lesz, tekintve, hogy a ciklotronnál az elektronforrás a spirál belsejében van. Másrészt a majdnem érintő közeli belövési szög is messzire eltér az optimálistól, így alig észrevehető a veszteség, de a gyorsítók esetén a részecskeáram is igen kicsiny, néhány milliamper. A tér fenntartásához viszont hatalmas energiára van szükség, így nyilvánvalóan nem lehetett észrevenni a piciny energiaveszteséget. Spence szerkezeténél néhány amper a jellemző áram, és 200-300% a kinyerhető hasznos teljesítmény, a hőveszteségek elhanyagolása mellett. Az az erőtér, mely forgatja a töltéseket, felfogható leírható a formálisan bevezetett spin tér segítségével is. Mivel a töltések a pályájuk mentén forognak és haladnak is, a definíció szerint spin teret keltenek, s ez nő, amint befelé haladnak. Mivel, rotE ≈

∂S felfoghatjuk úgy is az ∂t

eredményeket, hogy a spin tér tengely irányú komponensének változása elektromos örvényteret létesít, ami gyorsítja az elektronokat. Erre a folyamatra nem érvényesek a geometriai megmaradások, amint ezt már láttuk. A Spin tér iránya ebben az esetben a forgás tengelyével egyezik meg, valamint a külső tér irányával. Mivel az elektronok szögsebessége befelé haladva a spirálpályán folyamatosan nő, valamint a radiális sebességkomponensük is, ezért az S értéke állandóan nő. Két tengely körüli forgás Természetesen felmerül ennél a rendszernél is a két tengely körüli forgás lehetősége. Erre még nincs kísérleti tapasztalat, de az V/16d. ábrán látható módon elvileg létrehozható. Ha a keletkezett egyenáramot felhasználjuk, egy olyan toroidális tekercset hozhatunk létre üregelt anód esetén, hogy érintő irányú mágneses komponenst is kapunk. Mivel nem érintőlegesen lőjük be az elektronokat, és a térerő radiálisan csökken kifelé, az elektronok pályája egy spirál mentén görbült kúp palástján helyezkedik el. Remélhetően találnánk olyan optimális áramértéket, ahol az így létrehozott másodlagos tér értéke és iránya is megfelelő, s jobb eredményeket kaphatunk, mint az egytengelyű spirállal. Az e. ábrán látható a kívánatos spirálalak, ám az kérdéses, hogy az egymás melletti elektronágyúk sugara mennyire zavarja egymást. Mindenesetre a szolenoid veszteségeket hoz be, és optimalizálási kérdés, hogy találunk-e a jelleggörbén így jobb szakaszt, nagyobb kinyerési hatásfokot, mint az egytengelyes megoldásnál. Ez a kísérlet technikailag igen nehéz lenne, a sok paraméter optimalizálása miatt.

162


TRANZIENS JELENSÉGEK Az eddig tárgyalt esetekben a közeg árama stacioner volt, azaz időben állandó. Bár a munkaközeg (folyadék, gáz, elektrongáz) tömegárama (árama) időben állandó, a sebesség és gyorsulás (és magasabb deriváltjaik) nagysága és iránya is változott a pálya mentén, külső és belső kényszerek – anholonóm peremfeltételek hatására. Az így létrejövő pályákat nem csak ily módon, hanem instacioner, időben változó periodikus folyamatokban is létre lehet hozni. A tértechnológia szerkezeteinek, eljárásainak döntő többsége ebbe a kategóriába tartozik. (lásd V/1. táblázat) A tranziens üzemű berendezések elsősorban az elektrodinamikában használhatók (de merev testeknél is), mert így pl. a rezonancia segítségével nagy áramok érhetők el, kis energiabefektetés mellett. A tranziens folyamatokat használó berendezések általában kis méretűek, csendesek, nem tartalmaznak mozgó alkatrészeket. Stacioner folyamat elektronokkal csak nagyvákuumban vagy fémben érdemes létrehozni. Instacioner folyamatot viszont elektromosan semleges plazmában is létre lehet hozni. Mód Közeg

Görbült pályák létrehozásának néhány módja Stacioner időben állandó közegáram

Dinamikus (időben változó áram)

merev test

nem lehetséges

Orffyreus

gáz vagy folyadék

Shauberger (folyadék) Schauberger (gáz) Potapov G. Szláva nincs ismert megoldás ?

plazma

semleges elektromos vezető + permanens mágnes polarizálható közeg

elektron gáz

egypólusú generátor Gál Ferenc Tewari Bruce DePalma Hayasaka nem lehetséges

Spence

nincs ismert megoldás ? ívkisülés

Correa Gray Cserneckij Pappas vízalatti Grenau hevítéssel Papp Hyde? Moray? Tesla? Testatika? Hubbard Coler Searl? Szabó László

ferrit mágnes: Kawai Adams+Aspden mágneságyú

dielektrikum: Meyer (víz) Horváth (víz) Hendershot (gél)

Tesla ?

V/1. Táblázat Stacioner és dinamikus eljárások osztályozása a felhasznált közeg alapján

A tranziens folyamatok bonyolultabbak, mint a stacioner folyamatok, nehezebb kigondolni és megvalósítani, nehéz méretezni. Szerkezetileg viszont egyszerűbbek és olcsóbbak lehetnek, ezért mindenképpen figyelemre méltóak. Több instacioner egységet lehet egymásután kapcsolni kaszkádba, hiszen pl. indukcióval az egyik egység át tudja adni megnövelt energiáját a következő fokozatnak. A tranziens működés hátránya a bonyolultabb működés, nagyon figyelni kell a munkaciklus egyes fázisainak méretezésére, sorrendjére. Több egység használata esetén kis indítóenergia kell, és viszonylag nagy nyereséget lehet elérni. Eddig a legtöbb tértechnológiai szerkezet éppen ezért a tranziens folyamatok közül került ki. Ezen belül is egy népesebb csoport a tranziens ívkisülések közé tartozik, egymástól függetlenül talán ezt fedezték fel újra és újra a legtöbben. Ezek közül az első kötetben szerepel a Gray által szabadalmaztatott motor, az itt részletesen ismertetett Correa szabadalom, az orosz Cserneckij csoport munkái, valamint az előző kötetben említett Shoulders és Grenau eredményei, és a görög Pappas munkája említésre méltó. Nem kizárt, hogy mások is eljutottak a tranziens ívkisülések energiatermelő hatásának felismerésére, de ezek nem


163

kaptak talán elég nyilvánosságot, vagy különleges módon mentek végbe. Ilyen például a víz alatti kisülések esete, amelyet Peter Grenau végzett, és az első kötetben a laboratóriumi anomáliák között ismertettünk, vagy a W. H. Richardson által kidolgozott eljárás (U.S. Patent 5.435.274), ahol az ívet viszonylag alacsony frekvencián víz oltja ki, de az segít az újragyújtásban is. Míg a Richardson eljárás szénelektródokat használ, F.P.Cornish aluminiumelektródokat. Mindkét eljárásnak megvannak amaga előnyei. A szénelektródok és a plazma segítségével éghető szénhidrogéngáz keletkezik, az aluminium elktródnál a felszabaduló O2 gáz az aluminiummal egyesül, így csak hidrogén távozik a rendszerből, s nem a robbanásveszélyes durranógáz. A tranziens ívkisülést ezért kicsit részletesebben ismertetjük, sőt a két lényeges Correa szabadalom fordítása is megtalálható a függelékben – bár pusztán annak az ismeretében az energiatermelő effektus nem található meg. Az „energiatermelési” anomáliát bizonyára azért itt vették észre a legtöbben, mert szerkezetileg ez a legegyszerűbb eljárás, és tranziens ívkisüléssel a technikában néha találkozhatunk, s nem kell speciális berendezéseket építeni, hiszen a már ismert és használatos alkatrészekből rakható össze egy ilyen készülék. Persze az effektus a paraméterek csak szűk tartományában fordul elő, és igen nehéz az optimális működési tartományt megkeresni, megtartani, kezelhetővé tenni. Ívkisülés Az ívkisülési energiatermelési hatás feltételezhető alapjai az V/17. ábrán látszanak, és azonosak az eddigiekben ismertetett hatásokkal, csak nem stacioner, hanem időben változó terek segítségével lehet elérni a kívánt hatásokat. A gázkisülések egyik csoportját alkotó ívkisülésben az a jó, hogy viszonylag kis veszteséggel lehet plazmát előállítani, és az ív pozitív oszlopában nagy áramerősséget lehet elérni, viszonylag kis disszipációs veszteségekkel. Az ív plazmájában az áramerősségtől és nyomástól függően nagy a töltéssűrűség, de a pozitív ionok és az elektronok száma azonos, így a plazma semleges. A szabad úthossz kicsiny, így csak viszonylag kis sugarú pályákban gondolkodhatunk, ez viszont feltételez egy minimális áramerősséget, ami 1-2 amper/cm2 feletti érték, de néha 10-20 amper is kell, hogy már alacsony nyomásokon is (kb. 0,1 Torr környékén), a görbült pályák legalább szakaszosan és ideiglenesen is kialakulhassanak. Az ív két esetben jöhet létre: izzókatód és hidegkatód segítségével. Az előbbi esetben a katód magas hőmérséklete biztosítja, hogy a katódból kis kilépési munkával kijuthassnak az elektronok, melyek aztán az elektródok közti térerősség miatt felgyorsulnak, és lavinaszerűen, láncreakcióval sokszorozódjanak az ionizációk. Így a plazma igen jó vezetési képességű lesz, akár kiloamperes áramot is át tud vinni néhány száz voltos feszültségesés mellett. A plazmában a lassú pozitív (néha negatív) ionok, valamint a gyorsan mozgó elektronok szállítják a töltést egymással szemben. A gyakorlatban azonban az ionokat nagy viszonylagos tömegük miatt stacioner töltéseknek tekintjük, melyek között a gyorsabban mozgó elektronok szállítják az áramot, viszonylag rövid szabad úthosszal. A térerősség irányába eső átlagos sebesség, a driftsebesség sokkal alacsonyabb, mint az elektronok ütközésekkel gyakran megszakított száguldása. (Az ívkisülésekről a szakirodalom részletesen ír, ezért itt nem foglalkozunk vele a továbbiakban.) A gyakorlatban jobb hidegkatódos ívkisülést használni, mert így kisebb az elektródok eróziójának, párolgásának mértéke, tartósabb a kisülési cső, kisebbek a hőveszteségek. Amint az V/17a. ábrán látszik, a stacioner ív felfogható egy vastag vezetőként, mely körül örvényes, mágneses indukció alakul ki. Az ív közepén ennek értéke nulla, ezután lineárisan nő az ív széléig, majd újra csökken az íven kívül, így mint egy szokásos fémből készült vezeték körül. Az elektronok sűrűsége ilyenkor (a katód↑ I = áll.

I = I(t)

U, I

B t

B

m

n

m
V/17a., b. ábra. a.) ív stacioner plazmájában mozgó elektronok pályája. A forgási sugár állandó az időben, és kifelé haladva csökken a mágneses tér növekedése miatt. b.) az ív időben változó plazmájában mozgó elektronok egy pályaszakasza. A forgási sugár változik, hiszen mind az elektronok sebessége, mind az ív által létrehozott mágneses térerő is változik. A változó sugáron forgó töltések időben és térben is változó Spin teret gerjesztenek. Az áram időbeli lefutása is a mellékábra szerint változik, nem lesz szabályosan színuszos. A Spin-téri modell segítségével feltételezett mezők kialakulása és átalakulása stacioner és dinamikus, időben változó tereket kelt. Hagyományos ismereteink nem indokolnák a tranziens ív forgását, a Spin mező modellből viszont ez következik. A spirál pályán mozgó elektronokra nem vonatkozik az energiamegmaradás, így a dinamikus ívből többletenergiát lehet nyerni, ha a paraméterek értékét optimálisan állítjuk be.

164


esés igen vékony rétegét leszámítva) azonos a pozitív ionok sűrűségével. Az elektronok driftsebessége állandó, így gyakorlatilag egyszerre lesz egy felfelé irányuló egyenletes sebességük, és egy forgó mozgásuk a mágneses indukció miatt. A kör sugara attól függ, hogy az elektron az ív belsejében, vagy az ív szélén, kívül halad. Öszszességében egy hurkolt ciklois pályán haladnak az elektronok, de a pálya sugara állandó, és erre szuperponálódik egy állandó sebesség. Ekkor, ebben a stacioner állapotban teljesül az energiamegmaradás. Ha azonban az íváram változik az időben (b. ábra), akkor legalábbis egy-egy szakaszra közelítőleg spirál pályára kerülnek a töltések, és így az egymás utáni pályapontokra más-más dinamikai összefüggés lesz jellemző. Így az energiamegmaradás és impulzusmegmaradás többé nem teljesül, a már ismertetett indokok miatt. Így tehát tranziens körülmények között nagy sűrűségű plazmában is létrejöhetnek a görbült spirális pályák. Ám ezek nem lesznek olyan szabályosak, mint Spence vákuumcsövében, bár a nagyobb elektronsűrűség ezen valamit segít. Itt viszont nincs szabályos anód és katód sem, ezért az elektronok nem csak az elektródba csapódva fejezik be pályájukat, hanem az indukció lecsökkenésekor más pályán visszarendeződnek, szétszóródnak. A másik félperiódusban ugyancsak szűkülő spirálpályákon mozognak az elektronok, amíg az áram nő. Amint egy félperiódusban az áram csökken, táguló spirálison mozognak a töltések, s ez valószínűleg veszteséggel jár. Ha azonban olyan az áramlefutás periodicitása, hogy a felfutás és csökkenés nem szimmetrikus, mint ahogy a d. ábrán láttuk, akkor ez tiszta nyereséget, vagy tiszta veszteséget okozhat. A nem lineáris közeg a plazma vagy a rezgő kör is okozhat ilyen tulajdonságokat, de a felfutás és lefutás közti eltérést a legjobban a rezgőköri induktivitások, kapacitások nemlinearitásaival befolyásolhatjuk. Maga az ív is egy változó kapacitású és induktivitású elem, amelyik parametrikus rezonanciára képes emiatt. Ezeknek az időbeli áram- és feszültségasszimetriáknak fontos szerepe lehet az energianyereség mértékének kialakításában. Az áram időbeli periodikus lefutási alakja sokféle lehet, ám szabályos, lineáris paraméterű rezgőkörökkel csak színuszos jelet tudunk előállítani. A gyors felfutással járó nagyobb elektromos örvénnyel viszont kedvezőbb spirálszöget tudunk elérni, és emiatt több nyereséget, míg lassúbb, időben elhúzott áramcsökkenéssel a körpályához vagy a radiális pályához közelibb spirált valósíthatunk meg, így a veszteségünk kevesebb lesz. Az áram időbeli asszimetriájának kérdése fontos dolog, erre még többször vissza fogunk térni. Sajnos a dinamikus, instacioner ívkisülés esetén a töltéshordozók pályájának optimalizálása és az energiakivétel megtervezése sokkal nehezebb mint a mechanikában. Vizuálisan semmit sem lehet követni, csak közvetett paramétereket lehet mérni. Elsősorban tapasztalati úton, a paraméterek finom változtatásával, sok-sok munka árán lehet az optimális energiatermelő pályát és a megfelelő energiakivételi módszert beállítani. ↑ I(t)

S ~ (ω × r) vrρ E(t)

rotE ~

∂S (t ) ∂t

B(t)

rotB ~

∂S (t ) ∂t

S(t)

másik fél periódus

V/17c., d. ábra. c.) a tranziens ívkisülésben hengeres, örvényes Spin tér alakul ki. Ennek időbeli változása viszont elektromos és mágneses teret kelt. Periodikus áramirányváltásnál a spirál alakja változik, de mind az energiatermelő, mind az energianyelő szakaszban nagyjából logaritmikus spirál marad. d.) az örvényes Spin tér időbeli változása az ív tengelye mentén ható, időben változó E(t) és B(t) tereket indukál. A B(t) indukció változása viszont a tengelyre merőleges, örvényes E(t) mezőt kelt. Ez viszont forgásba hozza az ívet, így két tengely körül foroghatnak az elektronok a plazmában. Az E(t) mező egy lüktető egykomponenst hozhat létre, ami nagy frekvencián közel DC-ként jelenik meg.

Most nézzük meg újra az V/17c. ábrát. Látjuk, hogy a spirálpályák is egy henger palástján, örvényesen helyezkednek el, így az általuk keltett Spin tér is örvényes lesz. A IV. részben feltételezett egyenletek szerint a Spin tér változása az elektromos és mágneses tér örvényeit is kelti, amint ez az V/17d. ábrán látszik. A kisülés hossztengelye mentén keletkező Spin tér örvény megforgatja az ív elektronjait a hossztengely mentén is. Így kéttengelyű (nem Ábeli) forgás jöhet létre, ami jelenlegi ismereteinkből nem következik. Correa is azt figyelte meg, hogy a katódokon képződő kráterek forgási szimmetriát mutatnak, és nem sugáriányút, mint a szokásos ívkisüléseknél. Ez arra utal, hogy tranziens ívkisülés során az ív forgásba jön. Természetesen további kiterjedt vizsgálatok döntik el csak teljes bizonyossággal, hogy az ív forgása miért jön létre.


165

A d. ábrából az látszik, hogy létrejön egy olyan ívtengely irányú elektromos tér, mely a kisülés dinamikájába beleszól. Itt megintcsak a kísérleti tapasztalatokra hagyatkozunk, mert ezekből úgy tűnik, hogy ennek az indukált térnek az iránya ellentétes az ívet keltő eredeti tér irányával. Hasonlít ez a Lenz törvényhez, csak a mi esetünkben már nem marad meg az energia – nyerhetünk vagy veszthetünk energiát, impulzust és impulzusnyomatékot az áram időbeli lefutásának alakjától függően, valamint az áram erősségétől, frekvenciájától és a kisülést befolyásoló többi technikai paramétertől is függően. Ez utóbbiak közé tartozik a gáz nyomása, anyaga, az elektródfelület nagysága, az elektród anyaga és felületének állaga, szennyeződései. Az V/17.ábra szándékosan egyszerű ábrái nem tükrözik valósághűen a tranziens ívkisülés valós viszonyait. Az igen vékony anód és katódtérben az V/17. ábrán nem ábrázolt módon igen összetett, bonyolult mozgások jöhetnek létre, melyek részletei nincsenek feltárva, és még az egyszerű stacioner eset sem kellően tisztázott. A 17d. ábrán a Spin tér örvényeinek változása okozza az axiális irányú E(t) mező létrjöttét, ami közelítőleg DC (egyenfeszültség) vagy lüktető feszültség lesz. Ez csak nagy frekvencián lesz jelentős, néhány kHz frekvencia és kis rezgési amplitudóknál értéke alacsony, a gyenge Spin téri hatások miatt. Az V/17. ábrán látott ívben spontán, önszervező módon alakulhat ki az öngerjesztés, azaz az energianyereség jelensége, minden külső rásegítés nélkül. Tudomásom szerint ez az egyetlen ilyen „spontán” lehetőség a természetben. Azonnal felmerül a kérdés, hogy lehet-e rásegíteni erre a spontán szerveződő, öngerjesztő hatásra, mert a szűk paramétertartományt így tágítani lehetne, s esetleg az öngerjesztés mértékét, és a nyereség mértékét is növelni lehetne. Az alapeffektus ismeretében erre talán van mód, a tranziens spirálpálya geometriai tulajdonságait bizonyára lehet javítani. Az egyik ilyen módszerre Cserneckij mutatott rá (bár nem indokolta a lépést, és az öngerjesztés okát máshol vélte megtalálni). A Penning-féle üregkatódos csövet javasolta kiindulásként, amely kisebb veszteséggel üzemeltethető, mint az egyszerű kisülési csövek – s ez a fejlesztés egyik lehetséges iránya. Az V/18a. ábrán látszik ez a cső, axiális külső mágneses tér felhasználásával, mely szintén spirális pályák létrehozására ad lehetőséget. Technikailag valószínűleg célszerűbb dinamikus és hidegkatódos módszerben gondolkozni, az elektród eróziójának, porladásának csökkentése miatt. Stacioner, főleg izzókatódos esetben a katód az intenzív melegedés miatt hamar tönkremegy. Ennek lassítására nemesgázok használata szükséges, valamint célszerű az elektródok hűtése. B

B

V/18. ábra. Spirálpályák kialakulási lehetőségei ívkisülésnél. a.) Penning-féle cső, statikus spirálpályák is kialakulnak tengelyirányú külső mágneses mező alkalmazása esetén.

E(t) E(t)

a.)

b.) Az íváramot az ív mentén egy szolenoidba vezethetjük, ekkor csak dinamikus, instacioner esetben alakul ki spirálpálya.

b.)

Nézzük meg röviden, milyen kísérleti bizonyítékok támasztják alá a fentieket, azaz vizsgáljuk meg az ívkisülés dinamikus tulajdonságait.

Az ívkisülés dinamikus viselkedése Ahhoz, hogy röviden értsük a dinamikus viselkedést, röviden át kell tekinteni a gázkisülések statikus jelleggörbéjét. Az V/19. ábra mutatja, hogy az áram logaritmikus léptékben milyen a feszültség-áram jelleggörbén, amint azt az előzőekben is már megtettük a nyomás-tömegfluxus jelleggörbénél. Az V/19. ábrán látszik ez a jelleggörbe, amelynek lefutása függ a nyomástól, az elektródák alakjától és felületének nagyságától is. Körülbelül 1 Torr nyomáson 10 cm2-nél már naU ~500V anomáliás ködfény gyobb elektródfelületek esetén ábrázoljuk a jelleggörbét, de más esetre teljesen más arányok és jellegzetességek is kialakulhatnak. instabil szakasz A begyújtáshoz át kell haladni a körülbelül 500 ködfény stabil V-os gyújtási értéken, de az ív fenntartásához 40-50 ~200V íváram V is elég az 5-10 A környékén, statikus esetben. Látjuk, hogy növekvő áramhoz növekvő feszültség tartozik a stabil ívkisülésnél, és ez az áram és fe1 10 100 1000 lg I [A] 10-3 szültségérték az ív állandó fenntartásához kell. Az ívkisülésbe bevitt energia teljes egészében egy V/19. ábra. A gázkisülések egy jellegzetes közelítő jelleggörbéje körülbelül 1 Torr nyomáson. ohmikus ellenálláson eldiszszipált veszteséggel

166


analóg, itt fény és főleg hőveszteség lép fel. Az V/19. ábrában kellene valahol ábrázolni a kisülés dinamikus részét is, hiszen amint láttuk, az íváram időbeli változása is elektromos teret hoz létre. Az ívet a statikus és dinamikus potenciálkülönbség együtt tartja fenn, és úgy tűnik, hogy a dinamikus része a statikussal ellenkező előjelű is lehet, de egyirányú is – s ez segít rezgések kialakításában is. Ezért lényeges lenne a dinamikus tulajdonságokat a

∂U függvényében ábrázolni, azaz a gerjesztett térerősséget így tudnánk értelmezni. En∂t

nél egyszerűbb, ha csak az idő függvényében ábrázoljuk a feszültséget (a térerősséget), és az áramlefutást az ívben. Az V/20. ábrán láthatjuk ezt, például egy olyan kapcsolásban, ahol egy pufferkondenzátort a gyújtási feszültség értékénél magasabb potenciálkülönbségre töltünk fel. Az a. ábrán egy ohmikus ellenállással az áram maximumát tudjuk előállítani, a folytótekercs a kapcsolási tranzienst simítja ki. Látjuk az V/20b. és c. ábrán, hogy az áram és felfutási meredekségnek egy bizonyos értékénél áll elő ilyen dinamikus jel. Ezt a jelenséget akkor lehet jól megfigyelni, ha egy rezgő kört kapcsolunk a kisülési cső mögé, mint ahogy az az V/21. ábrán látszik. I

Rnagy

I Roptimális

Rkicsi Roptimális

cső a.)

Rkicsi

b.)

t

Rnagy t

c.)

V/20. ábra. A kvázistatikus esetnél az ívben megjelenő instabilitás az áramlefutás deriváltjától és az áram abszolút értékétől is függ.

I táp

→ I táp R C RC

a.)

d.)

f.)

10

Irezgőkör

2

I opt

101 b.)

t

104 103 102 101

c.)

t

e.)

g.)

V/21a.-f.. ábra. a.) A kisülési cső rezgő körbe kötve. b.) A tápáram lefutása optimális paraméterek mellett. c .) Rezgőköri áram optimális rezgőköri L, R, C értékek mellett. Pappas mérései tranziens ívkisüléseknél. f1 mutatja az ív plazmájában keletkező rezgéseket, melyeknek más a frekveciája mint a rezgőkör f2 frekvenciája. A rezgőkör csak a változó áramot hozza létre, és erre ül rá a spirálpályák miatt keletkező, nagyobb frekvenciájú tranziens. Az ívtranziensek is lecsengenek, amint ez a d.) ábrán látszik. e.) Az átlagfeszültség lefelé való eltolódása látszik. f.) A rezgőkör és az ívtranziens frekvenciája egymáshoz közeli érték. g.) Az ív és a rezgőkör frekvenciája messze egymástól. Az „A”-val jelölt helyeken az ív spontán berezgése látszik.


167

Csak az optimális nagyságú és időbeli változású tápáram esetén indulnak meg a rezgések a rezgőkörben, de ott sem lehet tetszőleges paramétereket beállítani, hiszen a paraméterektől függően a tapasztalatok szerint néhányszor 10 kHz-től néhányszor 10 MHz-ig terjedhet a rezgőköri frekvencia értéke, s a lecsengés áramcsúcsai, a lecsengési periódus hossza sok paraméter együttes hatásától is függ. A mai tankönyvi ismeretek szerint ezek a több tíz kA nagyságrendet elérő rezgések nem jöhetnek létre az ívkisülés emelkedő, stabil szakaszán, de még a süllyedő, instabil szakaszon sem. További fontos tulajdonsága a rezgéseknek, hogy felrajzolva a feszültség és áram időbeli lefutását, azt tapasztaljuk, hogy körülbelül 180 fokos fáziskülönbség lép fel közöttük, azaz a rezgő ív generátorként kezd viselkedni. A kisüléseknél ismerünk ugyan a pozitív oszlopban többféle relaxációs instabilitást, azoknak az értéke viszont az íváram értékét meg sem közelíti. A mi esetünkben ez a fáziskülönbséggel járó dinamikus hatás, amikor az ív generátorként viselkedik, azaz az a hatás, amit keresünk, ez az, aminek optimális kihangolása esetén iparilag is felhasználható energiatermelési effektushoz jutunk. Igen nehéz azonban a cső és a megfelelő rezgőkör, valamint a teljesítménykicsatoló rendszer megépítése, kifejlesztése az optimális paraméterek megtalálása. Ezt a feladatot oldotta meg például Gray és Correa, akinek a mérési eredményei a szabadalmi leírásokban szerepelnek. (A Correa-féle megoldás több szempontból is hiányos, például az optimális rendszerparaméterek, az induktivitások értékei is hiányoznak a szabadalomból.) Mai tudásunk szerint ezeket a rezgéseket nem lehet fenntartani a végtelenségig, a kezdeti felgerjedés után a rezgések néhány msec után elhalnak, bár a rezgéscsoportok egymást ismételhető módon követik, így a folyamat gyakorlatilag alkalmas az energiatermelésre. Ennek mértéke persze függ a tápoldal és a teljesítménykicsatoló rendszer tulajdonságaitól. Ahhoz, hogy beinduljon a jelenség, nem mindegy, hogy a tápoldal hogyan „löki meg” a rendszert, azaz a spirálpályák ki tudnak-e alakulni a létrehozott plazmában. A rezgések felgerjedésénél a maximális áramamplitudók és feszültségamplitudók értékében pedig a kivett teljesítménytől kezdve a rezgőköri kapcsoláson át sokminden beleszól, de még az áram felfutásának és lefutásának pontos alakja, a frekvencia is meghatározó és lényeges paraméter. Az V/21d.-g. ábrán Pappas néhány mérése látszik. Az ív rezgéseinek feszültség amplitúdói (és az áramok is) nagyobbak mint a lassú tranziens rezgés feszültsége. A plazma nemlinearitása miatt lesz egy kis eltérés a rezgések felfutó és lefutó ága között, de ez itt láthatóan nem jelentős, így ilyen esetben nem sok energiát lehet kinyerni a rendszerből. Általánosságban azt mondhatjuk, hogy vélhetően az energiatermelő szakaszok „spirálszögei” és a veszteséges szakaszok spirálszögeinek egymáshoz viszonyított hossza és viszonya a meghatározó és a lényeges a kivehető nettó energiatartalom mértékében. A szűkülő spirál esetén tehát olyan érintőszögek kialakítását kellene beállítani, melyek közel vannak az optimális, körülbelül 36 fokos értékhez, s így sok nyereséget adnak, míg a kifelé tartó, bővülő szakaszon messze kell távolodnunk ettől az értéktől, azaz ekkor kicsiny az energiaveszteség. Az V/22. ábra mutatja ezeket a megcélzott idealizált geometriai viszonyokat. 1 2

a.)

b.)

V/22. ábra. a.) Az optimális, befelé tartó, nyereséges spirál a ciklus kezdetén. b.) A kisebb veszteséget okozó, az optimálistól messze levő, kifelé tartó különböző érintőszögű spirálok a ciklus második felében. (A két pálya közül bármelyik megfelelő.)

A valóságban persze csak rövid szakaszok valósulnak meg az V/22. ábra ideálisnak rajzolt szakaszaiból, s a gyakorlatban egyáltalán nem látszanak ilyen spirálypályák, mindez csak idealizált, feltételezett pálya. A gyakorlatban csak a rezgőköri paramétereket, a cső jellegzetességeit tudjuk beállítani, s így csak közvetett módon befolyásoljuk a plazmában lezajló, önszervező, öngerjesztő mozgásokat. A gyakorlatban csak az ív áramának és feszültségének időbeli lefutását tudjuk mérni, nem az elektronok egyedi sebességét vagy kollektív mozgását. Ám a fázis és parametrikus U-I kapcsolatok is mondanak valamit a rendszerről, s ha nem is könnyen, de ez is mérhető, s látszik a teljesítmény generálása. Az V/23. ábrán látszik egy ilyen jellegű mérés, ahol az ívben fellépő, öngerjesztő hatás miatt a rezgő kör felgerjed, és a feszültség és áram közt majdnem 180 fokos fáziseltérés látható. A feszültség az ív elektródái között lett mérve, az áram a teljes íváram, tehát a tápáram (amely viszonylag lassan változik) és a rezgőköri áram.

168

Egely György: Bevezetés a tértechnológiába II. U I

V/23b. ábra. a.) A feszültség és áram fázisgörbéje. Az egyes pontokhoz tartozó idő sajnos nem látható, de az idő haladási sebessége a görbén nem egyenletes. A negatív feszültségű térnegyedben nettó energiatermelés történik, ennek egy része elvihető a folyamat leállítása nélkül. Az V/23. ábrán tehát a statikus és dinamikus jelleget egyszerre lehet látni. b.) A feszültség és áram időbeli lefutása a rezgő körben. Körülbelül 180 fokos fáziseltolódás figyelhető meg a két görbe között. A fenti eredmény egy párhuzamos rezgőkör felhasználásával történt, s amíg a rezgés fennállt, körülbelül 4 kW-os teljesítménytöbblet keletkezett.

U

U

U instabilitás kiindulóértéke 1

II.

3 5

I.

log I instabil szakasz statikus görbe

I

2

III.

4

a.)

6

b.)

IV.

I c.)

V/24. ábra. a.) Statikus és dinamikus jelleggörbe együtt, logaritmikus áramlépték esetén. Az első pontból indul a dinamikus folyamat, miután az íváram a kritikus értéket elérte. A 2. számú pontban már a negatív feszültségű térnegyedben nettó teljesítményt ad az ív, a 3. pontban már veszteséges, ilyenkor a kifele spirálozó szakaszon vannak a töltések. b.) Ugyanez, de lineáris áramléptékkel. Igen nagy áramoknál és jó méretezéssel talán elérhető, hogy az ívkisülést leíró pont átkerüljön a második térnegyedbe, ahol szintén energiatermelés történik. Ekkor kevés időt tölt az ív fázispontja a I. térnegyedben, amely a veszteségeket mutatja. c.) Az ívkisülés állapotát mutató fázispont helyzete egyenlő, de kicsiny intervallumok esetén, az energiatermelő szakaszban. Ezután a görbe visszafordul a veszteséges első térnegyedbe. Az a. ábrán látható a stilizált jelleggörbe, amelyet egy valódi mérésnél az V/23. b. ábrán láttunk már. A valódi mérésnél a felgerjedés és a csillapodás több üteme együtt látható, míg az V/24. a. ábrán csak a felgerjedési szakasz lett kiválasztva, és kisimítva. Ha a feszültség és áram közti fáziseltérés mindig 180 fok lenne, azaz tökéletes generátor lenne az ív, akkor egy negatív meredekségű egyenes mentén mozogna a kisülés fázispontja. A gyakorlatban több ok miatt ez az ideális eset nem valósul meg, a fázispont hurkokat ír le, egyfajta hiszterézise van, részben azért, mert az áram időbeli lefutása nem színuszos, s az előbbiek szerint erre szükség is van.


169

Az V/23b. ábrán látható a feszültség-áram koordinátarendszerben a dinamikus ív munkapontja, az idő, mint paraméter függvényében. Szokatlan dolog egy statikus jelleggörbébe behelyezni egy időben változó folyamat lefutási görbéjét. Ez olyan, mintha az Ohm-törvény görbéje mellé tennénk az indukció-törvényt. Ennek ellenére ez a szokatlan párosítás ad valami támpontot, némi bepillantást abba, hogy mi is történik mikroszkopikus szinten. Azt látjuk, hogy az összetartó U(t)-I(t) pontok sokasága, trajektóriája milyen pályát ír le az áram feszültség fázisterében. Látjuk, hogy a fázistérnek főleg a negatív feszültségű felében van a pontok többsége, de pozitív áramérték mellett. Ez azt is jelenti, hogy ott generátorként viselkedik az ív, azaz hajtja a rezgőkört. Amikor viszont a feszültség értéke a pozitív térfélen van, pozitív áram mellett, akkor sajnos ez veszteséget jelent. Ez részben a disszipációs, részben a kifelé spirálozó töltések miatti energiaveszteségből következik. Természetesen olyan eset is elképzelhető, és elő is fordul, amikor van ugyan nyereség, de ez az ív fenntartására még nem elegendő, így tisztán elektromos energia formájában nem tudjuk a teljesítményt kivenni, csak hő formájában. A működési paraméterek optimális beállításának az a célja, hogy ezt az üzemmódot is minimális mértékűre csökkentsük, hiszen a fő cél az elektromos energia kivehető termelése. Az áram és feszültség időbeli lefutásának a megfelelő, időben aszimetrikus lefutásának biztosításával kell elérni azt, hogy a szűkülő spirálpályán keringő töltésnél minél több energiát nyerjünk, s ezt a szakaszt kell úgy megvalósítani, hogy az „arany spirál” alakzathoz közeli pálya álljon elő. A ciklust pedig úgy kell lezárni, hogy a kifelé mozgó spirálpályán az V/22b. ábra szerint minél messzebbre kerüljünk az említett optimális spirálalaktól, és így az energiaveszteséget minimalizáljuk. A víz alatti ívkisülésnél ezt egy primitív, de hatásos módon oldják meg – eloltják az ívet, amint az áram elérte a maximumot – s utána újra lehet kezdeni a folyamatot. Nézzük meg, hogy az idő függvényében hogyan alakul a feszültség és az áram lefutása egy ideális erősségű öngerjesztés esetében. Az V/25. ábrán egymás alatt látszik a két érték az idő függvényében. U

I

t t V/25. ábra. a.) Az ívfeszültség lefutásánál látszik az átlagfeszültség lefelé, a generatív térnegyed felé való tolódása. Az aszimetriát elhanyagoltuk. b.) Az íváram lüktető, de a generatív szakaszban átlagosan nagyobb, mint a disszipatív szakaszban.

Az íváram a lassan változó előfeszítési áramból és a gyorsan változó rezgőköri áramból áll, de itt csak a rezgőköri részt ábrázoljuk. Igen nagy amplitudók esetén elérhető olyan állapot is, amikor a disszipatív szakasz teljesítménye jóval kisebb a generatív szakasznál, és így elvileg pozitív visszacsatolás segítségével a kezdeti indítószakasz után a rendszer teljesen önjáróvá tehető, azaz a nyereség értékéből a folyamat fenntartási veszteségeit is lehet fedezni. Külön konstrukciós gondot jelent olyan rezgőkörök készítése, ahol lehetőség nyílik a többletenergia kis veszteségű, elektromos energia alakjában történő kinyerésére, valamint a szükséges aszimetria előállítására. Erre a Correa szabadalmak mutatnak egy gyakorlati megvalósítási példát, igaz töredékesen. De az áram időbeli jellege a rezgőkörben a Correa szabadalom esetén is aszimetriát mutat az V/26. ábra szerint. ϕ 2

1

2

π/2

1

2

2

1

2

1

1 1

2 1 1

1 1

2 2

a.)

2

2

2

b.)

V/26. ábra. A rezgőköri áram időbeli lefutása, aszimetriája. A kivett nyereség segít az aszimetria előállításában. b.) A spirálszög alakulása a ciklus különböző szakaszai alatt.

t

170


A PAPP KÉSZÜLÉK wolfram

dugattyú elektródok wolfram

elektródok

wolfram V/27. ábra.

Joseph Papp magyar származású feltaláló is rábukkant erre az effektusra, de ő a többletet hővé alakította, s azt a szokásos módon mechanikai energiává. Az V/27. ábrán látszik a találmány rajza. Egy mozgó dugattyúval ellátott hengerben szabadítja fel az energiát egyszerű módon: egy spirál alakú, szolenoidális volframszállal hevítés segítségével plazmát állít elő – s ebben hozza létre a spirális töltésmozgást. Az 1972-ben megadott: 3.680.431 számú szabadalom szerint, a 33. számú felfűtött volframszolenoidra hirtelen áram-tranzienst kapcsol. A növekvő áram a volframszolenoid belsejében örvényes elektromos teret képez, s ezt még a 40 és 31-es elektródok közti homogén erőtérrel meg is rántja. Ez a külső tér nem párhuzamos a szolenoid tengelyével, de a jelenség ettől még működik: körülbelül egy szűkülő, de ferde kúppalást mentén mozognak a töltések. Az így létrejött nyereség a környező, ionizált nemesgáz termikus gerjesztésére, fűtésére fordítódik. Így egy olyan lökéshullám képződik, amely Papp mérései szerint nehéz tömegeket dobott messzire. A volframszál oxigén jelenlétében gyorsan oxidálódik, így nemesgázt használt munkaközegként. A későbbiekben jelentősen továbbfejlesztette ezt az effektust, és több mint egy évtized múlva, 1984-ben megkapta a 4.428.193 számú szabadalmat egy olyan motorra, amely zárt hengerekkel, nemesgáz töltettel működött. A szolenoid itt viszont már a hengerekkel párhuzamos tengelyű lett. A vaskos munkát itt nincs módomban ismertetni, de a fennmaradt adatok szerint több kW nyereséget vett ki a rendszerből. Sok tekintetben azonban túlbonyolított a rendszer, s csak a leírás alapján valószínűleg nem reprodukálható. Tanziens gázkisüléses készülékek problémái Talán nem kell különösebben hangsúlyozni, hogy a tranziens kisüléseken üzemelő készülékek működése ugyanúgy nincs feltárva, mint az eddig bemutatott szerkezetek, sőt az elvek részletei sem. A tranziens kisülések esetén még valamennyire segít a klasszikus mechanikában megszerzett szemlélet, a szimmetriavesztés fontosságának ismerete. Maga a gázkisülés is egy igen bonyolult folyamat, sokféle hatás fordul elő egyszerre, és a tranziens kisülés ezért lesz még bonyolultabb. Tovább komplikálja a helyzetet a spin tér bevezetése, ami ugyan önmagában ugyan nem erős, robosztus hatás, de újabb forgástengelyt hozhat a folyamatba, és így növelheti meg a nyereséget. (A spin tér egy kísérleti bizonyítékára lásd az V/1. kiegészítést.) Szinte teljesen feltáratlan a tranziens kisülések technikai háttere, például a lehetséges kaszkádkapcsolások vizsgálata. Ezen a téren a munka már a jövő évezredre marad, s nehéz, de legalább hasznos feladat, fontosabb, s a gyakorlat számára elérhetőbb, mint például a fúziós kutatás a Tokamak típusú berendezésekkel. A következőekben elsősorban nem mozgó részecskékkel, hanem terekkel, főleg tranziens mezőkkel fogunk foglalkozni melyek főleg mágnesek segítségével kelthetőek. Itt értelemszerűen elsősorban a keletkező elektromos és mágneses mezők szimmetriavesztése, s az így keletkező energianyereség az érdekes számunkra. Ezzel együtt a felhasznált közeg is változik, hiszen szilárd anyagok, elsősorban ferromágneses, ferroelektromos vagy dielektromos anyagok használatával érjük el a kívánt hatásokat. Sajnos, ha részletesen kívánjuk feltárni a folyamatokat, akkor itt is ugyanolyan bonyolult részleteket találunk, mint a plazmarezgések esetén.


171

Mágneses rendszerek Bár a vákuumhoz képest a plazmában (a töltéskompenzáció miatt) sokkal több töltéshordozót mozgathatunk egységnyi térfogatban, ez nem a lehetséges felső határ. A fémek belseje hideg, elfajult plazmaként fogható fel, ahol az egy helyben álló, a kristályrácshoz rögzített fémionok között szabadon mozoghatnak az elektronok. Igen nagy a töltéssűrűség, és emiatt jó elektromos vezetőképesség jellemzi ezt az elfajult plazmát, és a fő előnye az, hogy nem kell külön energiabefektetéssel ionizálni a hordozóanyagot, ahhoz hogy töltés, áram hordozására alkalmas elektromos töltésekhez juthassunk. Elvileg ideális közeg lenne tehát a fémek belseje, s a cél az, hogy ott hozzunk létre az elektronokkal spirál mezőket és töltésáramlási alakú pályákat – vagy legalábbis annak egy szakaszát. Ilyen módon működhetett a töredékes formában megmaradt leírások szerint az amerikai Hubbard, és a német Coler készüléke, s talán az angol Searl-féle motor is. Sajnos a fémeknél nem tudjuk a Spence-féle egyszerű elrendezést közvetlenül elkészíteni, hiszen nem lehet „belőni” az elektronokat a fémrácsba. Ezért a fémeket felhasználó szerkezetek elvei inkább hasonlóak a globálisan szintén semleges plazmarezgéses készülékekhez, mint a Spence-elvhez. Részben ezért került ez a fejezet a plazmás készülékek leírása mögé. Az elvi rokonság mellett persze lényeges eltéréseket látunk a gyakorlati megvalósításban. Kúppalást mentén könnyen lehet spirál mozgást megvalósítani fémrudakban, ha a rúd tengelye mentén időben változó mágneses térerősséget hozunk létre. Tudnunk kell persze, hogy a fémekben sokkal lassabban mozognak az elektronok, mint a plazmában, ezért viszonylag nagyobb térerősségekre van szükség, hogy egyáltalán mozgatni tudjuk itt és így az elektronokat. A mozgás során gyakran örvényáram jön létre, melyet ritka kivételtől eltekintve nem kívánatos jelenségként kezelünk és tapasztalunk, és többféle módon csökkentik előfordulásukat a mai gépekben. A mi esetünkben néha éppen az örvényáram segítségével lehet megvalósítani a kívánt alakú mezőket. Magától értetődik, hogy nagyobb, kedvezőbb hajlásszöget érhetünk el, ha átmágnesezett ferromágneses anyagban keltjük az örvényáramot, hiszen az így fellépő Lorentz-erőt is felhasználjuk, hasonlóan a Spence készülékhez, vagy a plazmarezgéseknél. Az V/28. ábrán látszik az az egyszerű alapelrendezés, amely a Hubbard és Coler rendszernél is közös. Ebben a rendszerben a ferromágneses anyag vagy permanens mágnesekkel körbevett lágyvas vagy maga a kemény permanens mágnes. Utóbbi esetnek az a hibája, hogy a keménymágnest kifejezetten úgy készítik, hogy sok legyen benne a rácshiba, és ezért elég nagy az ohmikus ellenállásuk, és így az ohmikus veszteség is. Hubbard valószínűleg felismerte ezt, és ezért is alkalmazhatott talán réteges lágyvas és permanens mágnesekből készített szerkezetet. B(t)

B(t)

lágyvas permanens mágnes É

É I(t)

I(t)

I(t) külső szolenoid

I(t)

I(t)

külső szolenoid D D a.)

b.) c.) V/28. ábra. Fémes vezetők belsejében megvalósítható örvényes, spirál alakú mezők és elektronpályák létrehozása. a.) Hubbard réteges szerkezetének vázlata. Az axiális irányú, időben változó mágneses tér az örvénylő elektromos komponenst hozza létre, a belülre helyezett szolenoidok nagy feszültségű terei pedig radiális elektromos teret és axiális elektromos teret is létrehoznak a külső lágyvas rétegben. A képen egy belső és egy külső szolenoid közti lágyvas rétegben indukált spirál pálya látszik. b.) A Coler-féle elrendezés is axiális mágneses teret hoz létre, az állandó mágnesre helyezett szolenoiddal, és a radiális elektromos teret a mágnesben úgy hozza létre, hogy az áramot átvezeti magán a mágnesen, így axiális és radiális komponense is lesz az elektromos térnek. c.) A mágnesen át történő áramvezetés miatt egy kúppalást köré írt spirális pályák alakulhatnak ki, ezek alakja függ az egész rendszer geometriájától, az áramköri kapcsolástól és a mágneskör kialakításától. Az áram megindulásakor változó menetemelkedésű csavart mágneses tér alakul ki a mágnesben, mert az axiális áram érintő irányú mágneses teret hoz létre, hogy a tengelyirányú térrel együtt csavart tér alakul ki. Valójában még bonyolultabb terek képződnek, mert egymással párhuzamos mágnesrudak vannak a rendszerben

Az örvényes, nem potenciálos elektromos tér viszont még nem elég egy radiális komponens is kell a görbült spirálpálya létrehozásához. Ezt Hubbard úgy érte el, hogy több szolenoidréteget is belehelyezett a rendszerbe, így lágyvas/szolenoid/permanens mágneses rétegek váltogatták egymást. A szolenoidrétegek valószínűleg sorosan voltak egymással kapcsolva, így közöttük radiális elektromos tér alakulhatott ki.

172


A Coler rendszer a radiális elektromos térkomponenst úgy állította elő, hogy magát a mágnest is az áramkör részévé tette. Ez az elrendezés részben axiális, részben radiális elektromos és mágneses teret ad, de mindkét berendezésben eléggé szabálytalan terek jönnek így létre. Mivel rezgőköri áram szolgáltatja a mágneses és elektromos teret, ezek fáziskülönbsége miatt nem lesz egyszerre maximuma az elektromos és mágneses térnek, ez önmagában lehetővé teszi a változó érintő irányú spirálpályát és mezőt. Természetesen a mágneses térerősség növelése érdekében mindkét esetben a mágnest mágneskör részévé kell tennünk, kicsiny légrés felhasználásával, hogy a szórási veszteséget csökkentsük. Technikailag azonban lehetővé kell tenni, hogy a légrést változtatni tudjuk, mert ez egy szabályzási lehetőség ahhoz, hogy a mágnesezettséget változtassuk, és ezzel a spirálpálya alakját is befolyásolni tudjuk. További és egyben utolsó lépés, hogy a szolenoidot egy rezgőkör részévé tegyük, hogy az időben változó mágneses és elektromos teret előállítsuk. Mivel erősen nem lineáris a permanens mágnessel bíró szolenoid a könyökpont környékén, jól méretezett esetben a már tárgyalt, időben aszimetrikus áram idő alakot megkaphatjuk, ami az időben változó érintőjű spirálpályákat és mezőket előállítja. Alapvetően tehát az V/29. ábrán látható egyszerűsített rendszert állítja elő mindkét konstrukció, de másmás megoldással. A lényeg az, hogy az elrendezésnek radiális és örvényes elektromos teret és csavart mágneses mezőt is elő kell állítania, és a spirál érintőszögének a befelé tartó szakaszon az „aranyspirál” kb. 36 fokos érintőszög értékéhez kell közelítenie. A kifelé tartó, táguló, veszteséges szakaszon viszont ettől messze el kell térnie, hogy a ciklust tiszta nyereséggel zárhassuk, a veszteségek fedezése után is. A Coler-féle konstrukció (vagy az előző, I. kötetben ismertetett többi, úgynevezett övcsatszerű geometria is) további érdekességgel bír: a tengelyirányú, időben változó áram miatt újabb örvényáramkomponens keletkezhet, s ez a már ismertetett spirálra rászuperponálódik, és így, együtt, két tengely körüli forgást hozhatnak létre. mágnes

áram bevezető gyűrű időben változó 3D spirálpálya

oszcillátor kondenzátor szolenoid

terhelés

V/29. ábra. Ferromágneses anyagban csavart mágneses teret és elektronok térbeli spirálpályáját előállító rendszer. a.) Külső, jól vezető gyűrűvel, és az azt körbefogó szolenoiddal ellátott permanens mágnes. A szolenoid és a kondenzátor a rezgő kör energiatárolóit adják. Mivel a szolenoid induktivitása, a mágnes változó permeabilitása miatt nem állandó, a rezgés nem szinuszos, létrejöhet a szükséges időbeli aszimetria. A feszültség és áram (mágneses térerősség) közti fáziseltérésre viszont oda kell figyelni, ez egy komoly gond a méretezésnél.

Újabb és további méretezési bonyodalom, hogy az időben változó terek magnetosztrikciós rezgéseket is létrehozhatnak, ami a mágneses indukció jelentős térbeli és időbeli fluktuációját hozza létre. Nemcsak axiális, hanem tangenciális mágneses térerősségváltozás is létrejön ilyenkor (ha áthalad az áram a mágnesen) és ez így rendkívül elbonyolítja az eddig is összetett, nehezen áttekinthető képet. Gyakorlatilag ez teljesen áttekinthetetlenné teszi a kapcsolatokat, hiszen a nem lineáris rezgések kezelése, melyek rezonáns, többtengelyű, magnetosztrikciós rezgésekkel csatolódnak, nem harmonikus időfüggvény szerint – borzalmas nehézséget jelent. Ezeknek az eseteknek reménytelen a számítással történő modellezése. Bár a Spence rendszer kivételével mindegyik eddigi rendszer igen komplikált volt, a mágneses rendszerek még bonyolultabbak, elméletileg szinte kezelhetetlenek és évek munkájával, sok-sok méréssel lehet csak valamit elérni. Az I. kötetben ismertetett Hubbard találmány pl. két darab elektromos rezonáns rezgőkört használ (egy bemenő és egy kimenő kört), a Coler rendszer pedig kaszkád kapcsolásban használja az V/28. ábrán felvázolt, kapcsolt elektromos/mechanikai rezgőrendszert. Ez a sok rezgőrendszer, a magnetosztrikciós rezonancia és a rezgőköri nemlinearitások teszik a rendszert bonyolulttá. A magnetosztrikciós rezonancia esetünkben hasznos szerepet tölt be, mert mechanikus rezonancia segítségével érhetünk el nagy indukcióingadozásokat, főleg a ferromágneses anyagok érintőirányú összehúzódásánál, tágulásánál. Ezekre a rendszerekre a több 10 és 100 kHz működési frekvencia a jellemző, és a rezonáns üzemmód. Ezért csak néhány kitüntetett frekvencia esetén adnak többletteljesítményt, a köztes frekvenciákon nem. A rendszer összetettsége, a sokféle belső visszacsatolás, az öngerjesztés sajátságai miatt a számítások nem vezethetnek még nagyságrendi becslésekre sem. Ezért a fejlesztés során csak az igen preciz, sok állítható paraméterrel megépített rendszer hangolása esetén remélhető, hogy az öngerjesztő hatást mutató paraméterszigete-


173

ket megtaláljuk és feltérképezzük. Ez a munka nem nagyon költségigényes, de kitartó kísérletezést, precíz dokumentációt, pontos mérési adatgyűjtést és feldolgozást igényel. Kétfajta ellenőrző mérés segítheti ezt a munkát, mintegy a fejlesztési irányok és paramétertérképezés „iránytűjeként”. Részben felmágnesezetlen anyag kontrollként való használatával, itt a permanens mágnes hatását lehet tanulmányozni a két eset különbségének összehasonlításával. A felmágnesezett anyagok esetében, nagyobb teljesítményre lehet számítani. Ezt a különbséget valójában kalorimetrikus mérésekkel lehet pontosan kimérni. Igen valószínű, hogy hő formájában többlet teljesítmény megtalálható a szélesebb paramétertartományban is, és először ezeket a paramétereket kell rögzíteni. Csak ezután következhet a paraméterek további finomítása, hangolása, ezután lehet remélni, hogy az öngerjesztő eset paramétereit is megtaláljuk. Az V/30. ábrán látszik ennek a keresésnek a vázlatos menete. U[V] V/30. ábra. Mágneses, rezonáns, öngerjesztő rendszerek közelítő jelleggörbéje. Valójában egy olyan „felületet” kell feltérképezni, ahol a rezgőkörök feszültsége igen sok paramétertől függ. (Frekvencia, jelalak, terhelés, mágnesezettség, örvényveszteségek, csatolási tényezők, anyagminőség stb.)

kalorikus nyereség statikus eset Iátlag[A] rezonáns körök átlagos paarméterei, pontatlan hangolással ω[kHz]

az ω−I fázistérben fellelhető paraméterszigetek, ahol az öngerjesztés előáll

maximális termikus nyereség tartománya, de még nem öngerjesztő

A kalorimetriát célszerű igen jó hőszigetelés és nagy, esetleg több watt teljesítmény mellett, folyamatos gázáramoltatással - például levegővel elvégezni. Igen pontosan kell ismerni a hőszigetelés és az átáramoltatott gáz jellemzőit, a közeg hőmérsékletét és fajhőjét, azért, hogy a kalorikus nyereséget biztonsággal lehessen mérni. A kalorikus nyereségmérések persze csak a bemenő teljesítmény pontos ismerete után adnak tájékoztatást a kezdeti kis nyereségekről. Hogy ne tévedjünk, olyan eseteket is meg kell nézni, amikor garantáltan nincs nyereség, például alumíniumrudak mint kontrolltestek felhasználásával, vagy úgy, hogy a szolenoidot nem helyezzük rá a mágnesre, tehát örvényáramok nem jöhetnek létre. A következő logikus lépés a nem felmágnesezett ferromágneses anyagok felhasználása a rendszerben, és ezután a mérések után következik csak a felmágnesezett anyagokkal végzett kísérletsorozat. További kontrollkísérletek sorát kell elvégezni a rezgőköri áram és feszültség jelalakok vizsgálatánál. Mindez igen hosszú, körülményes méréseket igényel már a kezdeti szakaszban is, de csak így remélhető, hogy rátalálunk azoknak a paramétereknek a környékére, ahol további hangolás és finomítás után eljuthatunk a teljes öngerjesztés piciny, szűk paramétertartományához. Mindezt nem elrettentésként írtam le, hanem azért, hogy lássuk, milyen nagy feladatot jelent a Coler és Hubbard típusú rendszereknél, az egyszer már megtalált, de azóta elveszett know-how újbóli megszerzése. Számos konstrukciós verziót lehet ugyan kipróbálni, de egyik esetében sem remélhetjük komolyan, hogy az első összeépítés után, a tetszőlegesen kiválasztott rezgőköri, mágneses és geometriai paraméterek segítségével azonnal az öngerjesztő tartományba jutunk. Hubbard és Coler egyértelműen leírta, hogy csak elszigetelt tartományokban működik öngerjesztő módon a szerkezet. Hubbard az előző, I. kötetben ismertetett módon azt írja, hogy az öngerjesztő frekvenciák tartománya mindig az előzőknek a kétszerese, azaz körülbelül 5340 Hz, 10680 Hz, 21362 Hz stb. - mindig a 2,8 GHz alharmónikusai. Úgy vélte, hogy egy adott öngerjesztő frekvencia a ν = 2 ⋅ 8 ⋅ 2 k összefüggéssel adható meg, ahol k = 19, 18, 17, ... majd 3, 2, 1. Sajnos valószínű, hogy ez az összefüggés csak az adott geometriai viszonyok mellett igaz. A többrétegű, rezonáns szerkezetnél a primer és szekunder átmérők célszerű arányát az aranymetszés arányával azonosítja. (Részletek az I. kötetben, a nem lineáris megoldásoknál.) Coler az ő berendezésére csak egyetlen izolált frekvenciát ad meg, mint az öngerjesztés esetét, és ez közel esik a Hubbard egyik frekvenciájához. Ám lehet, hogy ez csak véletlen egybeesés, ezért nem szabad túl komolyan venni, és nem kizárt, hogy más geometriai adatok esetén ez a kitüntetett frekvencia már máshová esik. Mivel öngerjesztő paraméterek megtalálásának feltétele a pontos hőtechnikai mérés, lényeges, hogy például pontos platina ellenálláshőmérőket használjunk a hőmérséklet mérésére, és például membránszivattyút a kicsiny, de állandó levegőáram biztosítására. Az elektronikus oldalt nézve pedig többsugaras tárolóoszcilloszkópok vagy többcsatornás mérésadatgyűjtőt kell használni az adatrögzítéshez. Mindezzel együtt esetleg több éves munkára lehet számítani, míg a rendszer tulajdonságait addig javítják, hogy az öngerjesztést elérhetjük.

174


Egypólusú generátor Bár a mágneses rész tárgyalásának kezdetén említésre került, hogy a Spence rendszer nemes egyszerűségét itt nem lehet közvetlenül megvalósítani, van egy hasonlóan egyszerűnek látszó (de technikailag igencsak nehéz) elrendezés, ahol az alapeffektus megvalósítható stacioner folyamatként: ez az egypólusú generátor esete. A stacioner folyamat kikerülhetővé teszi a tranziens folyamatok tucatnyi problémáját, de helyükre újak (nem kevésbé nehéz gondok) lépnek, adott esetben az áramelvezetés gondja, mert a keféken súrlódás is fellép, és többezer amperes áramot kell kis kontaktellenállás mellett átvinnünk. Talán ez az egyetlen eset, amikor a klasszikus mechanikában már megismert spirálypályás modell még használható, s mindez fém vezetők belsejében. Itt tehát nem a változó elektromos vagy mágneses mező adja a nyereséget, hanem az igen nagy számú spirál pályán haladó elektron. Nyilvánvaló, hogy homogén mágneses mezőben nem alakulhatnak ki a szükséges spirálpályák – azaz a forgó tömbben az elektronok pályája oly kevéssé tér el a körtől az igen lassú elektrondiffúziós sebességek miatt, hogy érdemleges eltérésről nem is lehet beszélni. A spirálpályák viszont elvileg megvalósíthatók akkor, ha az V/31. ábrán látható módon inhomogén mágneses térbe helyezzük a forgó, vastag korongot. Ekkor ferromágneses forgórész esetén a spirálpályákhoz szükséges tengelyirányú és sugárirányú elektromos térerősségkomponens is kialakul, és ha szűkülő spirálmozgást valósítunk meg, akkor nyereségre, ha táguló spirálpályát állítunk elő, akkor veszteségre számíthatunk – amennyiben az eddig feltételezett modell helytálló. Az V/31. ábrán látható módon az inhomogén indukcióvonalak segítségével, a radiális irányú mágneses indukciókomponensek miatt kialakulhatnak a spirálpályák, stacioner módon. A stacioner működés alatt azt értjük, hogy forgó részen áthaladó áram értéke időben nem változik. A nyereség mértéke függeni fog a spirálpálya alakjától, az pedig a helyi indukció és helyi sebesség értékétől függ. Ez az eset elvileg méretezhető, és látszik, hogy az optimális spirál érintőszög értéke a forgórész sebességétől és az indukció síkbeli eloszlásától hogyan függ. Az is sejthető, hogy optimális görbületű pályák kialakításához nem szabad telítésbe vinni a forgórészt alkotó vasat, ez viszont kis térerőt és nagy méreteket okoz. I FL

B(r,x) B

v

a.)

ω

b.)

Bradiális indukciós komponens FL axiális erő (potenciál) c.)

v (tangenciális sebesség)

d.) elektromos sebességek eloszlása

e.)

V/31. ábra. Inhomogén mágneses teret tartalmazó egypólusú generátor. a.) Hagyományos egypólusú generátor, az indukcióvonalak iránya párhuzamos a forgástengellyel. b.) Inhomogén mágneses tér esetén a tengelyre merőleges indukcióvektorok is léteznek. c.) Ezek a tengelyre merőleges indukcióvektorok a forgás közben tengely irányú Lorentz erőt gerjesztenek, ami lehetővé teszi a háromdimenziós mozgást. d.) Spirálpályák a generátor forgó részében, az inhomogén tér hatására. e.) A Hayasaka szabadalom metszeti rajzán látszik az a spirális mágneses mező, ami a b.) ábrán van feltüntetve.

Ez elvileg numerikus számításokkal követhető, számolható, méretezhető. A Spence rendszer mellett tehát ez a gép is viszonylag egyszerű, de ez is igen sok technikai nehézséget rejt magában. Kontrollkísérletként a következő mérést lehetne elvégezni. Ha a forgó részt egymástól elszigetelt vékony korongokból építjük meg, akkor nem alakulhatnak ki nem potenciálos spirálpályák. Csak radiális irányú töltésmozgás lép fel, és így a hagyományos elrendezéshez jutunk vissza, az inhomogén mágneses indukció ekkor nem okozhat eltérést. Ekkor nem léphet fel sem energiatöbblet, sem energiahiány. A stacioner megoldás a gyakorlatban kiterjeszthető az alacsony, hálózati frekvenciájú változásokra, amint az az V/31e. ábrán látható E. Hayasaka 1989-es szabadalmán is látszik. A mágneses térnek van axiális és radiális komponense is, hogy a szűkülő spirálmozgás előálljon.


175

Polarizálható közegekkel létrehozható megoldások Az eddigiek során technikailag többféle közegben létrejövő, spirál pályák és mezők megvalósítására alkalmas, időben állandó és időben változó fluxusú és áramú rendszereket ismertünk meg. Utoljára maradt a közegek közt a polarizálható közegek tárgyalása. Elektromosan és mágnesesen polarizálható közegeket lehet létrehozni. Az előbbieket gáz, folyadék és szilárd halmazállapotban, az utóbbiakat főleg szilárd állapotban, esetleg olajos szuszpenzió formájában tudjuk előállítani. Polarizálható közegek csak inhomogén térben mozgathatók és csak kis mértékben. Ezért a polarizált közegekben a nyereség előállításához elsősorban időben változó, közelítőleg spirális alakú mezőket hozunk létre. Ezek már eleve örvényesek, így abban az esetben kaphatunk nyereséget, ha a tér időbeli felépülése és eltűnése közt időbeli vagy/és térbeli eltérés van. Ez alatt azt kell érteni, hogy gyorsan kell felépíteni, és lassabban kell lebontani, megszüntetni ezeket a mezőket, hogy tiszta nyereséghez jussunk. Így az örvényes, spirális terek instacioner felépítése és „lebontása” elterelése adja itt a kívánt többletet. Ez is igen nehéz méretezési feladat, mégis elég sok találmány épült erre az elvre. Mind forgó alkatrészeket tartalmazó, mind a csak fluxus terelésével működő szerkezeteket találunk ebben a csoportban. A Hubbard és Coler szerkezetét is ide lehetne sorolni, mert azokban is találunk csökkentett szimmetriájú elektromos és mágneses mezőket. Most a szintén magas frekvenciával működő (körülbelül 100–300 KHz) Hendershot készülék alapelvét próbáljuk meg felvázolni, amelynél a közeg rezgetése is fontos lehet az energiatermelésben. A Hendershot készülék Spirál pályák rövid szakaszai elvileg szilárd közegben is létrehozhatóak. Az előző részben fémek belsejében mozgattunk elektrongázt, melynek tömege elhanyagolható, vesztesége kicsi, konduktív típusú áramlás esetén. Polarizálható közegeknél konvektív típusú mozgást lehet létrehozni kis elmozdulásokkal jellemezve. Ennek ellenére igen kis méretű, ezredmilliméter nagyságrendben levő spirálmozgásokat itt is kialakíthatunk úgy, hogy a polarizálható közeget időben változó, inhomogén térben mozgatunk viszonylag kis veszteséggel. Ebben az esetben viszont még egy igen érdekes eset elképzelhető. Az ugyanis, hogy nem konduktív módon (vezetési módon) halad a közeg a szerkezetben, hanem konvektív módon, azaz csak a hatás terjed, de a közeg áll, ugyanígy mint pl. a hővezetésnél. Ezek szerint elég ha a polarizálható közegben tranziens módon létrejönnek a spirál alakban elrendeződött dipólusok – mintegy „topológiai töltést” alkotva. Ez a jellegzetesség megfigyelhető az összes ilyen tipusú készüléknél. A ciklus időbeli kialakulása itt is fontos, azaz a kedvező alakú spirál kialakítása elektromos és mágneses terek segítségével más időfüggvény szerint menjen végbe, mint a visszarendeződés folyamata. Ezt pl. a polarizáció hiszterézise (mágneses és elektromos) segíti, bár ez hőveszteséggel jár. Az előző csoporttal ellentétben itt elektromosan szigetelő anyagokat kell felhasználni, örvényáramveszteségek így nem lépnek föl. Helyettük persze az átpolarizálási, hiszterézis-veszteségek lépnek be. Ennél az anyagtípusnál nem találtam a találmányok között stacioner megoldást, és ez nem is véletlen, hiszen azoknál a nagy méretű elmozdulások a jellemzőek nagy sebességek mellett, és ez polarizálható anyagokkal nem oldható meg ésszerű módon. Az eddigi megoldásokból az tűnik ki, hogy az elektromosan polarizálható anyagokkal dolgozó konstrukciók az ígéretesek, mert mozgó alkatrész nélküli, csupán mechanikai oszcillációt tartalmazó rendszerek is építhetők így. Az elektromos polarizációt használó készülékek hasonlítanak néhány tekintetben például a Coler-féle elrendezéshez. Itt is kétféle tér végzi el a spirálmozgás létrehozását, egy elektromos és egy mágneses. Az elektromosan polarizált közeg felhasználását az V/32. ábra mutatja, a Hendershot-féle elrendezés esetén. Itt az ábrán csak a hatás létrehozására alkalmas koaxiális elrendezésű elektródokat, és a velük egytengelyű, nagyfrekvenciás – kosárfonásos elrendezésű szolenoid látható. Ahhoz, hogy a dielektrikumban spirál pályák alakuljanak ki (az energianyerés elérése céljából), térben és időben inhomogén elektromos teret keltünk, radiális irányban. A szolenoid tengelyirányban inhomogén és időben is változó terével együtt olyan Lorentz erőt ad, mely örvényes mechanikus erőt kelt. Ez a sugárirányú erővel együtt, jó méretezés esetén eredményezhet spirál alakú pályát a dielektrikumot alkotó részecskéknek. Ezért fontos, hogy a belső elektród milyen mechnikai, rugalmassági tulajdonságokkal rendelkezik. A radiális elmozdulás miatt tehát fontos, hogy milyen mechanikus tulajdonságokkal csillapítási, azaz disszipációs tulajdonságokkal rendelkezik a belső gyűrű. Hendershot rozsdamentes anyagból készített gyűrűt használt, részben azért, mert így nem ferromágneses anyag felhasználásával jut indukció a dielektrikumba, de a rozsdamentes acélnak részben jó mechanikus tulajdonságai is vannak, és kicsi a disszipációja. Az elektródgyűrűket legalább egy helyen, a hossza mentén föl kell vágni, (hogy örvényáramok ne képződjenek a gyűrű falában.) Hendershot dielektrikumként, elektrolitikus kondenzátorból kivett gélszerű, kocsonyás anyagot használt, amely nem azonos mértékben polarizálható ha megfordítjuk az elektromos térerősség irányát. Elvileg talán más szilárd anyag is számításba

176


jöhet, mint például a bárium-titanát, bár az meglehetősen rideg anyag. Dielektromos állandója viszont nagyságrendekkel nagyobb lehet, mint az elektrolitikus kondenzátorból kiszedett anyagé. B(t)

szolenoid

E(t)

külső elektród belső elektród F(t)

dielektrikum a.)

b.) nyereséges szakasz zárt ciklus pályája

koaxiális kondenzátor

c.)

visszatérő szakasz

anyag mozgása

s z o l

d.)

V/32. ábra. Elektromosan polarizálható közeg spirális csavarása. a.) Koaxiális elektródák között térben inhomogén és időben is változó radiális elektromos tér alakul ki, amelyik mechanikusan is megrezgeti a polarizálható közeget. b.) A dielektrikumot körülvevő szolenoid viszont időben változó, axiálisan nem homogén mágneses teret hoz létre. A radiális irányban rezgő közeg a mágneses tér hatására képződő Lorentz erő miatt érintő irányú erőkomponens és így csavaró erő képződik. c.) Ha a dielektrikus kondenzátorként, a tekercs induktivitásként van kialakítva, rezgőkört lehet kialakítani a rendszerből, mely nem lineáris, parametrikus rezonanciába hozható. d.) A ciklus egy befelé tartó spirális, és egy kifelés tartó, körülbelül egyenes szakasz segítségével építhető fel, ha rezeg a rendszer. terhelés

kosárfonásos szolenoid

dielektrikum

b.) rozsdamentes acél

energiatermelő rezgőkör a.)

vasrúd állandó mágnes

c.)

induktivitások elhelyezése

V/33. ábra. A Hendershot rendszer vázlatos töredékben megmaradt kapcsolása. Több csatolt rezgőkörrel és ellenütemű oszcillátoros kapcsolással oldották meg a rendszer berezgetését. A felső ábra alján látszik a nem linearitásokat létrehozó permanens mágnes szabályozható légréssel.

Ahhoz, hogy kinyerhető energiához jussunk, az eddig már tárgyalt módon időbeli inhomogenitást, szimmetriacsökkentést kell alkalmazni a rezgőköri áram lefutásánál. Így lehet elérni, hogy az energiatermelő szakasznál, a befelé tartó implóziós spirálnál kapott nyereséget kivehessük, és ne veszítsük el, amikor a ciklus zárásakor kifelé kell mozogni a dielektrikum anyagának. (Lásd az V/32d. ábrát.) Ehhez egy nem lineáris rezgőkör szükséges, ekkor jöhetnek létre például a rezgőkörben szolitonok, knoidális hullámok vagy a rezgőkörben az időbeli lefutásnál szükséges aszimetriák. (Lásd I. kötet.)


177

Az V/33. ábra mutatja azt a vázlatos rajzot, amelyet a Hendershot szerkezetéről másoltak. Az ábra töredékes, és a részletei valószínűleg téves adatokat is tartalmaznak. Csak a lényeg érdekes itt. A feladatot két darab szolenoid ellenütemű kapcsolásával oldotta meg Hendershot, s a nem linearitást egy ferromágneses anyag felhasználásával oldhatta meg. Az ábrán látható kapcsolás bemenő energiáját egy közeli rádióadó szolgáltatta, erre kellett eleinte ráhangolni az egyik rezgőkört, majd hosszú és gyakran sikertelen további hangolással lehetett a rendszert úgy begerjeszteni, hogy nettó energiakinyerés jöhetett létre. Ennél a rendszernél is a Coler módszert lehetne követni a méretezésnél, azaz kalorimetrikus mérésekkel lehetne a bemenő és kinyert energia mértékét meghatározni, hogy az egyes paraméterek hatását feltérképezzük. Kétségtelenül nehéz, sok-sok buktatót rejtő út, itt sincs garancia a sikerhez. A Horváth-féle vízautó Az előzőekben ismertetett elven alapul a Horváth-féle vízbontó, ahol a dielektrikum anyaga sós víz. Itt a feltaláló arra törekedett, hogy a spirálmozgás segítségével létrejövő többletenergiát vízbontásra használja. Itt is látható a tengely irányú mágneses teret létrehozó vasmagos szolenoid (bár belül van elhelyezve), és a sugárirányú elektromos teret létrehozó belső és külső elektród. A Hendershot-féle megoldással ellentétben itt áram halad át a dielektrikumon – ez a vízbontást hozza létre. A spirálmozgás többletteljesítménye így elektromos térerő formájában jelentkezik, amely részben hővé disszipálódik, részben durranógáz előállítására használható. Horváth István 1976-ban kapott két szabadalmat, a 3.954.592 számút május 4-én, a 3.980.053at pedig szeptember 14-én.

a.)

b.)

V/34. ábra. A Horváth-féle vízbontó két jellemző rajza. a.) Függőleges metszet. b.) Vízszintes metszet. Jól látható az axiális mágneses teret létrehozó lemezelt lágyvasrúd, a 93-as számú belső és 101-es számú külső elektród.

Az V/34a. ábrán a szerkezet függőleges metszetét, a 34/b. ábrán pedig a vízszintes metszetét látjuk. Az elektronika kapcsolása (a szabadalomban megtalálható, de itt nem közöljük) szerint az elektródokra 3 KV-os feszültséget kapcsol, pulzált egyenáramokkal, kb. 150 Hz-es frekvenciával, de éles, tűszerű impulzusokban, ahol a kitöltési tényező mindössze 0.006. Bár a szabadalom nem közli a feszültséglefutás időbeli alakját, valószínűleg az V/35. ábrán bemutatott alakú, ahol a fel- és lefutás alakja eltérő, hogy a ciklusnál más-más alakú spirálpályák alakuljanak ki a szűkülő és bővülő esetben. U[V]

t[sec] V/35. ábra. A lüktető egyenáram impulzusok valószínű alakja.

178


Így könnyű megoldani a nyereséghez szükséges aszimetriát. Ennél a konstrukciónál a feltaláló viszonylag vékony dielektrikumot használt, de szokatlanul egyenetlen elrendezésben. A belső csúcsok körül ezért más lesz az elektromos térerősség, s lehet, hogy csak itt alakulnak ki a megfelelő alakú spirálpályák. Ezek a részletek a leírásban eléggé elnagyoltak, pedig igen fontos kérdések. Talán ez az egyetlen olyan elrendezés, amely mégis mindezen bizonytalanságok ellenére a siker halvány reményével házilagos kivitelben is elkészíthető. A szabadalom mérési eredményeket és optimális geometriai paramétereket nem közöl, úgyhogy ezt az utat újra végig kell járni. A kijövő teljesítményt az eldisszipált hő és a termelt durranógáz mennyisége adja meg. A Meyer-féle elrendezés Sok vonásában hasonló a Horváth szabadalomhoz a Stanley Meyer által kidolgozott megoldás, melyet az I. kötetben vázlatosan már ismertettünk. Bár a feltalálók mindig igyekszenek fontos részleteket kihagyni, Meyer messze túltett az átlagon. Feltételezhető, hogy az általa vázlatosan megadott kapcsolási rajzon bemutatott induktivitást, és a vízzel feltöltött koaxiális kapacitást ő is a Horváth- és Hendershot-féle elrendezésben használta, s a többlet segítségével ő is vizet bontott. Valószínűleg a szolenoid a belső elektród belsejébe lehetett elhelyezve, de elvileg ugyanolyan jó lehet, ha a külső elektród köré helyezik, ugyanúgy, mint a Hendershot-féle megoldásnál. Itt is egyenáramú impulzusokat használt Meyer, hiszen vízbontásra más nem jöhet szóba. Meyer szabadalma például nulla kHz frekvenciát ad meg (a 4.936.961 számú szabadalom 6. oldalán a 21. sor), ami vagy tévedés vagy szándékos megtévesztés, ami Meyer esetében lehetséges. Az impulzusok keltésére egy külön szerkezetet készített (a 4.613.779 számú U.S. szabadalom), s valószínűleg ez sem reprodukálható, legfeljebb az alapgondolatot lehet kihámozni belőle. Mágnesesen polarizálható anyagok A függelékben leírt Aspden és Kawai szabadalom (melyben az utóbbinál mérési adatok is szerepelnek), ferromágneses ferrit anyagok periodikusan történő átpolarizációjával történik. Az utóbbi konstrukciónál különösen a 4a - 4h ábrákon látszik jól a spirális alakú, mágneses, dinamikus átpolarizálás, ami ugyanazt a hatást okozza, mint amit például a Hendershot esetében láttunk. Itt viszont a motornál nem a teljes anyagmennyiséget polarizáljuk át, hanem csak egyes szakaszait. Itt az érintő irányú, örvényes polarizációt egyszerűen a forgó rész forgatásával érjük el, de a megfelelő sebesség és térerő megválasztása újra csak egy nehéz méretezési problémát jelent. Ugyanaz a helyzet jelenik meg, ha lineáris motorként oldjuk meg a feladatot. (11A-11H ábra.) Itt a mágneses domének helyi, más-más irányú kicsiny elmozdulása és elfordulása hozza a helyi terek változását, ez teszi lehetővé - viszonylag szerény mértékű többletenergia keletkezését. A lemágnesezési szakaszban viszont a doménok véletlenszerűen rendeződnek, össze-vissza, és ez felel meg a nem optimális úton való visszatérésnek. Gyakorlatilag a spirál irányban átrendeződött mágneses dipólusok „eleresztése” végzi el ezt a hatást. Ezért kétséges, hogy kizárólag permanens mágnes segítségével érdemes-e szerkezeteket készíteni, hiszen ott a kis veszteséggel történő visszarendeződés nem oldható meg, mert az állandó mágneseknek mindig széles a hiszterézishurka, nagy a vesztesége, célszerűbb a rendszerbe valahol lágymágneses anyagot és elektromágnest felhasználni. Az Adams-Aspden motornál is ezek a lehetőségek állnak elő, de ennek nincs semmilyen méretezésre utaló, nyilvánosságra hozott adata. Az V/2. kiegészítés igen röviden még néhány elrendezést ismertet, melyekben mágneseket használnak. Összefoglalás az energetikai gépekhez Az V. fejezet eddig azokat a technikai megoldásokat ismertette, amelyek egyetlen közös alapelvre épültek: úgy kell mozgatni egy anyagot, egy közeget, hogy egy részecske a pályája során minden egyes ponton, mindig más dinamikai hatásoknak legyen kitéve. Ez a mozgás a gyakorlatban sokszor spirál pályával jellemezhető, és a változás akkor lesz maximális, ha az aranymetszés értékével jellemzett (vagy ahhoz közeli) alakzatok generálják ezt a pályát. Ekkor megszűnik az energia, mint mozgásra jellemző állandó, mint az időbeli eltolás szimmetriája. Egy ilyen trajektórián való mozgás az elérhető maximális szimmetriacsökkenéssel jár. Zárt ciklus is felépíthető ilyen változásokkal, de úgy, hogy az energianyerő, gyorsító szakaszon nyert többletet ne veszítsük el a visszatérő szakaszon, ezért valamilyen módon gondoskodni kell arról, hogy más módon, más állapotváltozások, más jellemző paraméterek során térjünk vissza a kiinduló állapotba. Ez a fenti megfogalmazás volt jellemző az eddigi szerkezeti megoldásokra, s mindegyiket két vagy három térdimenziós pályával, örvényes, vagy időben változó, vagy sebességfüggő, nem potenciálos terekkel, továbbá anholonóm peremfeltételekkel lehetett elérni. Az energianyereség vagy veszteség mértéke a részecskének a pálya mentén befutott gyorsaságától, a változások nagyságától és a változások gyorsaságától függ. Az V/1. táblázatban foglaljuk össze az eddig ismertetett konstrukciókat, s látjuk, hogy a felhasznált közeg és a stacioner vagy dinamikus üzemmód szerint


179

is lehet csoportosítani a szerkezeteket. Tekintve, hogy egyik rendszerről sincsenek kimerítő mélységben tapasztalatok, az összehasonlítás az ár/haszon paraméterek képzése korai még. Látszik, hogy mindegyik rendszernek vannak előnyös és hátrányos tulajdonságai, és ezek az alkalmazási területtől is függenek. Mivel ma is többféle célra, sokféle energetikai berendezést használunk, várható, hogy ez a jövőben is megmarad. Nyilvánvalóan persze az olcsó, könnyen gyártható, karbantartást nem igénylő, villamosenergiát előállító, hosszú élettartamú berendezést szeretnénk elérni. Itt a plazmarezgéses és a Spence-típusú berendezések jönnek számításba, de itt még versenyben van a Vajda János által kifejlesztett interferenciás, nagyfrekvenciás készülék is, de ez nem közegmozgatáson alapszik, és üzemi tapasztalatok még itt sincsenek. Az V/1. táblázatból az is látszik, hogy olyan lehetőségek is adódnak, amelyekről eddig még nem sok szó esett, például merev testeknek speciális mechanizmusok révén spirálszerű pályaszakaszokon történő mozgatásával is lehet elvileg energiatöbbletet kinyerni, persze csak időfüggő, dinamikus módon. Ezek a mindenki által kinevetett, igazi örökmozgók tehát elvileg megvalósíthatóak. Ha a fentiekben említett készülékek közül ugyanis egy is valaha működött (és ezt biztosan tudjuk), akkor a többi elrendezés is lehetséges. Nyilvánvaló, hogy a táblázat nem az összes elképzelhető konstrukciót tartalmazza, hanem csak azokat, amelyekről a szerzőnek tudomása van – az pedig véges. Az olvasó az elvek ismeretében maga is kitalálhat újakat, de nagyobb szükség lenne a már egyszer elkészült és működőképesnek bizonyult szerkezetek rekonstruálására, az egykor létezett, de mára már elveszett know-how újbóli összegyűjtésére. Ez igen nagy munka, sok fáradságot és kudarcot rejt magában. De csak ezen az úton juthatunk el a folyamatok teljesebb, átfogóbb megismeréséhez. Impulzusnyereség Míg az eddigiekben csak energiatöbbletet előállító szerkezetekről volt szó, röviden ismertetünk néhány, impulzustöbblet előállításra alkalmas készüléket, de most csak kivonatosan. A III. kötetben remélhetőleg jóval több teret szentelhetünk ezeknek a megoldásoknak. Az elv itt is azonos az előzőekkel, de a konstrukciók nem energia, hanem lineáris impulzustöbblet előállítását célozzák meg. Érdekes, hogy kizárólag merev testekkel oldották meg ezt a feladatot, nem találunk elektrongázzal vagy polarizált közeggel dolgozó konstrukciót. Általános a forgó kar végén forgó tömeggel rendelkező konstrukció, erre jó példa a magyar Hódi István és Meiszner Antal találmánya, melynek száma 213979B, címe: Impulzusnyomaték hajtómű. Ez a találmány, amint az az V/36. ábrán látszik, egy mozdítható kocsihoz rögzített tengely körül forgó kar végére egy racsnival „egyenirányított” forgó korongot, tárcsát helyez. A tárcsa elfordul miközben a hajtókar is forog. A tárcsa tömegpontjai így a hajtókar tengelye és saját tengelyük körül is forognak, de a két tengely egymással párhuzamos. Így a tömegpontok végül változó sugár mentén, változó szöggyorsulással mozognak, de kérdéses, hogy így elérik-e az ideális 36° körüli spirál érintőszöget. Az V/36b. ábrán látszik Thornson 4631971 számú USA szabadalma. Itt nem hajtókar, hanem egy napkerék körül forgó bolygó kerék körül mozog a tömegpont, és így nyerünk többletimpulzust. Ezzel a megoldással egy nagy csónakot hajtottak propeller nélkül. A Thomson féle készüléken figyelhetjük meg a szimmetriacsökkentés alapesetét. Egyetlen súlyos tömeg mozog hiperciklois pályán, azaz kör gördül körön, és így változhat a sugár is és a pont szögsebessége is. Az V/36b. ábrán a leegyszerűsített nézeti rajz látszik, a középen levő napkarékkel, a körülötte forgó bolygókerékkel, és az annál is nagyobb sugrú pályára helyezett tömegponttal. Elvileg vízszintes és függőleges helyzetben is működhet a készülék. Az V/36c. ábrán látszik a szerkezet műszaki rajza. V/36a., b. ábra. a.) Forgó kerekek forgatásásval változó sugarú és szöggyorsulású pályát állítunk elő. Az eredmény erősen függ a kar és a forgatott korong szögsebességétől. b.) A Thornson készülék modellje.

a.)

b.)

180


Az viszont nem világos a leírásból, hogy a zárt impulzusnyereséget termelő ciklust hogyan oldották meg, hogy mindig csak nyereség vagy a visszatérő szakaszban kevés veszteség teremjen. Általánosan a tapasztalat, hogy a találmányi leírásokban nem tisztázzák az optimalizálást, és nincs világosan leírva a nyereséges és veszteséges szakaszok hogyan alkotnak zárt ciklust. Változó sugarú tömegponttal dolgozik a Cuff által kidolgozott szerkezet, melynek USA szabadalmi száma: 3968700 (V/36d. ábra). Cuff szerkezete tipikusan nem működhet az eddigiek alapján. A36d. ábrán látható szerkezetnél ugyan változik a tömegpontok rádiusza, de a szögsebessége nem, az mindig minden pontra azonos, így a szimmetriavesztés mértéke nem elegendő. Ez egy tipikus találmány mikor ne gondolja át a konstruktőr részleteiben a szerkezet működését. Nemcsak párhuzamos tengellyel működő szerkezeteket dolgoztak ki, hanem több egymásra merőleges tengely körül forgó szerkezeteket is. Két olyan szerkezetet említünk itt meg, amely három merőleges tengely körül forgó tömeget használ. Az első a Stanley Kidd által kidolgozott pörgettyűs szerkezet (V/36e.) (USA szabadalmi szám:5024112), melyet a IV/1. kiegészítésben már röviden említettünk. Más konstrukciójú, de azonos elveket használó készülék Foster gépe, az V/36f. ábrán látszik, melynek USA szabadalmi száma:3653269. Ebben az évszázadban mintegy 50 szabadalmat adtak meg ebben a témában. Ez azért furcsa, mert a lineáris impulzusmegmaradás megsértése nem kevésbé jelentős, mint az energiamegmaradás megsértése.

c.)

e.)

d.)

f.)

V/36c.-f. ábra. c.) Thornson készülék felülnézete, d.) Cuff féle hibás készülék, e.) A Kidd-féle 3 tengely körül forgó pörgettyűrendszer oldalnézete. A 102 számú lendkerekek forognak, a 114-es és 110-es számú tengelyek körül. f.) Foster kéttengelyes konstrukciója.


181

A szabadalmak között eddig nem találtam olyat, amely kifejezetten impulzusnyomaték-megmaradás megsértésére irányult volna, de nem kizárt, hogy létezik ilyen készülék. A szimmetriasértésnél a három geometriai szimmetria egyszerre sérül, csak konstrukció kérdése, hogy melyiket használjuk fel. A leghasznosabb persze az energia, de a fenti készülékeket is át lehetne alakítani úgy, hogy például periodikus mozgással energiát termeljenek.

UTÓSZÓ A tértechnológia második kötete azokat a fizikai elveket, lehetőségeket körvonalazta, amelyek a gyakorlati felhasználás számára fontosak lehetnek, de elsősorban az energetika részére. Az I. részben láttuk, hogy buborékok segítségével hogyan lehet Casimir effektus segítségével a vákuumenergiát kinyerni, de már látszik például a nanotechnológia majdani fontos felhasználási lehetősége is, a rezonáns dielektrikumokkal, gömbökkel és antennákkal. Az előző I. kötetből és az 1. fejezetből is kiolvasható, hogy a vákuumról, az ürességről, a semmiről uralkodó nézeteink hibásak, tarthatatlanok, s a vákuumnak fontos tulajdonságai vannak, s nemcsak itt, hanem az anyag stabilitásával, inerciájának megértésében is fontos ismerete, bár itt helyhiány miatt arról nem esett szó. A II. részben főleg a sok rosszindulattal és tévedéssel, szándékos ködösítéssel ellehetetlenített hidegfúzióról, s gyakorlati eredményeiről írtunk. Ehhez a témához tartozik még a jövő számára igen fontos effektus, az alacsony energiájú transzmutáció is. Néhány elektronvoltos energiaszintnél már megfigyelhető, hogy például a palládium más, könnyebb elemekre bomlik le – eddigi elvárásainkkal ellentétben. A mostani felfogás szerint csak igen nagy energiaszinteken lehet magátalakítást létrehozni, a kémiai, biológiai reakciók néhány elektronvoltos szintjén viszont nem. A hidegfúziós kísérletek néha cáfolják ezt a nézetet, bár helyhiány miatt erről sem tudtunk írni, csak a gyakorlatban felhasználható energiatermelésről. A III. részben a geometriai szimmetriák megmaradását vizsgáltuk, és bemutattuk, hogy az energia, az impulzus és impulzusnyomaték csak potenciálos terek esetén marad meg, nem potenciálos, csökkentett szimmetriájú mezők esetében nem szükségszerű a megmaradásuk. Ezek szerint a mai ismereteink itt sem helyesek, káros mértékben extrapolált, nem teljesen általános érvényű például az energia- és impulzusmegmaradás. A leghosszabb rész, a IV. foglalkozik a szimmetria lényeges szerepével, s megmutattuk, hogy van lehetőség az elektrodinamika tágabb értelmezésének, újabb terek, mezők, topológiai jellegű töltések értelmezésére. A mai fizika túlságosan leszűkíti az elektrodinamika lehetőségeit, s igen kevés szimmetriát ismer. A forgási szimmetria ismerete, bevezetése, használata jelentősen kiterjesztheti az elektrodinamika határait, és ez a műszaki gyakorlat és talán a biológia számára is igen fontos lehet, bár erre még nincs kidolgozva technikai eljárás, ez még ismeretlen terület ma. Az V. rész az előző két fejezet technikai felhasználási lehetőségeit mutatja, de csak az energetikára korlátozva. Az impulzusmegmaradás megsértésével létrehozható ”antigravitációs” szerkezetekről csak pár sort írtam, ez a majdani III. kötetbe szorul. További lehetőségek Természetesen a tértechnológia lehetőségei tágabbak, mint amit itt leírtunk, hiszen elsősorban az itt ma és most megvalósítható lehetőségekről kell szólni elsősorban, melyek különböző, de nem mindig érthető okok miatt nem lehet megvalósítani. Hadd említsek meg két további, de távoli lehetőséget, az egyik a hipertér, a másik az új anyagszerkezeti változásokkal kapcsolatos. Amint azt a IV. fejezetben már igen röviden említettük, ha három egymásra merőleges térben – E, B, S-ben mozog egy forgó töltés, akkor várható, hogy egy „általánosított Lorentz-erő” a negyedik térdimenzió felé viszi a töltést – amint ez talán a gömbvillámoknál is megfigyelhető. Ha maga a test elektromosan semleges, akkor ilyen általános, összetett térben az elektronpályák stabilitása, kötési energiája megváltozik, csökkenhet vagy nőhet. Előbbi esetben a szilárd testek sok tulajdonsága, például szilárdsága, elektromos vezetőképessége is megváltozhat, s ez a gyakorlatban is hasznos lehet. Látjuk tehát, hogy a tértechnológia horizontjai jóval tágabbak, mint amit ebben a kötetben le tudtam írni. Itt csak arra szorítkoztam, ami az 1920-as évek óta a kihagyott lehetőségek közé tartoznak, melyek sokkal jobb ipart, jobb minőségű életet, kevesebb környezetszennyezést jelenthettek volna az embereknek. Talán itt az idő, hogy az elkésett, betiltott változási folyamat elinduljon.

182


TISZTELT OLVASÓK! Azokhoz írok most, akik megértették azt, amit a fenti fejezetekben leírtam, de azt is, amit csak a sorok között. Olyan embereket keresek, akik tudnak és akarnak is a fenti témákban dolgozni, kutatni, fejleszteni, de most elsősorban csak az energetikában. Szükség lenne technikusok, mérnökök segítségére a villamos és gépészeti területen, akik már némi gyakorlati tapasztalattal is rendelkeznek, és esetleg van műhelyük, és így részletfeladatokat tudnának vállalni, és másokkal is együtt tudnak dolgozni. Ma lehetőségeink igen szűkösek a feladathoz képest, de ez javulhat az idők során. Keresek továbbá méréstechnikában és programozásban is jártas embereket, hiszen ilyen feladatok is előfordulnak. Elsősorban Budapesten és környékén lakókat keresek gyakorlati, kapcsolattartási okok miatt. Kérem, csak azok írjanak, akiket nem a pillanatnyi felbuzdulás vezet, mert kitartó, igen sok munkát, és eleinte kevés sikerélményt, de nagyon sok kudarcot hozó feladatokat kell megoldani. Örülnék, ha ezt a munkát anyagilag is tudná valaki támogatni a Magyar Pszichotronikai Kutató Alapítvány segítségével, melynek számlaszáma: 66000028-15402264 Tekintve, hogy ez a könyv kis példányszámú, szamizdat, nincs hivatalos terjesztői köre, ezért ha valaki legalább öt példányt megrendel és postán elküldi az árát, akkor (így nem kell utánvétet fizetni), akkor kedvezményesen, darabonként 3.000,- forintért megkapja. Természetesen több információ gyűlt össze egy-egy témában, mint amennyi a könyvbe belefért. Ezért, ha elegendő számú érdeklődő lenne, közreadnám a töredékes találmányok teljes fordítását, a Hendershot, a Colercsopor, és Cserngeckij cikkeit, és még néhány eddig nem publikált anyagot. Kérem, írják meg amennyiben igényt tartanának egy ilyen anyagra. (Ára 2-3000 forint lenne) Szívesen segíteném egy-egy önálló csoport munkáját, ha látom, hogy van értelme, megvannak a szakmai és technikai feltételek. Ezért újra folytatnám a zöld technológiacsoport munkáját, de kizárólag akkor, ha egyegy társaság konkrét munkát tud végezni, és eredményeit legalább ebben a szűk körben el is mondja. Erre azért van szükség, mert a tértechnológia története tele van magányos, de elbukott feltalálóval, elveszett értékes tudással. Ez eddig nem vezetett sehová, ezért az ilyen típusú munkát nem érdemes segíteni, hiszen ez eleve kilátástalan erőfeszítés. Olyan nehezek a feladatok, hogy csak több ember közös erőfeszítése hozhat áttörést sok-sok év halogatása után. Az együttműködésre képes, szorgalmas emberek írásos válaszát várva, zárom a II. kötetet.

Egely György 2092 Budakeszi, Pf.:38.


183

KIEGÉSZÍTÉSEK V/1. Kiegészítés: Spin térrel kapcsolatos kísérlet A.) A „Spin tér” keltésére két módszer is kínálkozott. réstben forgó töltések segítségével, részben permanens mágnes segítségével. A forgó töltések stacioner létrehozása gázban vagy vákuumban eléggé körülményes (de lehetséges, amint azt az eddigi megoldásokból már láttuk.) Egyszerűbbnek tűnik egymással párhuzamos mágneses és elektromos terek segítségével létrehozni ezt a teret. Az alábbiakban egy egszerű kísérletet és annak eredményét ismertetjük, s bár az eredmény nem robosztus, a mérési hiba ~ ±1% értékétől nagyobb. A IV. részben ismertetett módon egymással párhuzamos elektromos és mágneses tér segítségével hozzuk létre a szimmetria csökkentést. Vas-nikkel ötvözetet használtunk erre a célra, mely lemez alakú volt. 120x10x0.2 mm lemezekből 24 darabot kötöttünk sorba úgy, hogy kísérleteknél a lemezeken az áram azonos irányba folyt, és a lemezeket rézdrótok kötötték össze, hogy ez létrejöhesse, (Lásd a. ábra.) A kontrollísérletnél a lemezekben, alternáló irányban folyt az áram, azaz 12 lemezben jobbra, 12 lemezben balra. (b. ábra) A lemezeket egy körmentén helyeztük el, hogy külső, váltakozó áramú szolenoiddal gerjesztve ne legyen jelentős az örvényveszteség. A most ismertetendő kísérlethez azonban permanens mágnest használtunk, a lemezek hosszának kb. felében, azaz 5/12 részen. (c., d. ábra) A méréshez váltóáramot, és DC eltolással pulzált áramot használtunk. Tisztán egyenárammal nem végeztünk mérést, hiszen így csak egy időben állandó Spin mező forrásához juthatunk, de annak gyengesége miatt nem remélhettünk sehol könnyen megvalósítható mérést. Ezért az időben változó spin tér viszonylagos hatásait vizsgáltuk. Elvileg négyféle Spin mező létezhet (lásd e. ábra.), de lüktető áram segítségével ez kettőre csökkenthető. Méréssel az induktivitás és az impedancia relatív változását lehetett megállapítani, úgy hogy a permanens mágnest megfordítottuk a lemeztesten. Elvileg, mai ismereteink szerint a mágnes megfordítása nem jelenthetne eltérést a két eset között, bármi is legyen az eredmény az egyik vagy a másik mágnes irányításánál. Mégis jelentkezett ilyen eltérés, mely az f. ábrán látszik, mind a ∆L/L relatív induktivitásban, mind a ∆R/R relatív ellenállásban. Ezek az eltérések a frekvencia függvényében változtak, ennél a konfigurációnál 80 kHz körül mérhető a maximális eltérés a két mágnesezési irány között. Számos kontrollmérést lehet készíteni, pl. vaslemezek helyett rézlemezt is használtunk (ekkor nincs eltérés), külső mágneses tér erősségétől is függ az eltérés, és a bifiláris kapcsolás esetén is más az eredmény. (g. ábra.) (A kapcsolást a b. ábrán már bemutattuk.) Bár ez a mérés még semmi gyakorlati dologra nem használható, valamilyen gyenge hatás látszik. Az olvasóra bízom hogy megismételje és javítsa a kísérletet, számos új variációt lehet kipróbálni. Ezeknek a kísérleteknek az őse a Wiedemann hatás, mely a g. ábrán látszik, több mint 100 éve ismert. Itt egy váltóáram által átjárt vékony vaspálca egy tekercsben feszültséget indukál annak függvényében, hogy milyen mértékben csavarjuk meg a pálcát. B.) Hasonlóan érdekes az „egydrótos” kísérlet, azaz annak a bemutatása, hogy miként lehet teljesítményt szállítani egyetlen dróton keresztül. Az effektust három orosz kutató publikálta, N.E.Zaev, S.V.Avramenko és V.N.Lisin. Cikkük címe: Polarizációs áram által stimulált áram mérése. (Journal of Russian Physical Society, N° 2, 1991) oroszul. A kísérlet elrendezése az V/1 kiegészítés 2. ábráján látható. Az elrendezés neve „Avramenkó dugója”. Kb. 10kHz-es 30W-os generátort használtak, százszoros primer/szekunder arány mellett. A diódák legalább 1.5KV feszültséget el kell viseljenek. A vezetékbe helyezett árammérő nem mutat áramot. A kondenzátor méretezésétől függően kisebb nagyobb mértékű lüktető egyenfeszültséget lehet mérni. Az A. pontban bemutatott és a B. pontban leírt eszközök kombinálhatóak.

184


a.)

b.)

c.)

B E e.)

E B

d.)

B E

E

B

2

∆R / R ∆L / L

∆L / L %

1,5

2,5

1,5

2

1,25

1

1

1,5

0,75 1

0,5

0,5 0,5

0,25

0

0 2,5 5 10 20 40 80 160

2,5

2,5 5 10 20 40 80 160 kHz

f.)

5

10

20

40

80

160

[kHz]

g.)

h.)

V/1. kiegészítés 1. ábra. A Spin tér kimutatásának egyik lehetséges módja, párhuzamos elektromos és mágneses mező segítségével. Több egység „soros” kapcsolásával az effektus erősíthető. a.) A 24 darab lemez elvi kapcsolása. b.) kontroll kapcsolás c.) lemezek elhelyezkedése elölnézetben. d.) a lemezek elhelyezkedése oldalnézetben. e.) elvileg négyféle Spin mező készíthető az E elektromos és B mágneses mező kombinációiból. f.) g.) h.) A Wiedermann hatás egyszerű formája. 1-2 mm átmérőjű vaspálcán váltóáramot átengedve (50Hz-100kHz) a szekunder tekercsben áram indukálódik, a rúd elforgatásának mértékében.

primer

szekunder C

V/1. kiegészítés 2. ábra. S.V. Avramenko és társainak kísérlete, amivel egyetlen dróton elektromos energiát szállítottak.


185

V/2. Kiegészítés: Egyéb lehetőségek Az analógiák szerepe, haszna Az eddigiekben is, különösen a IV. részben az elektrodinamika kiterjesztésénél fokozottan támaszkodtunk a mechanika és az elektrodinamika közti analógiákra. Ugyanez az eltérő konstrukciójú gépeknél, eljárásoknál is hasznos. Alapvető gond a többletenergia- és többletimpulzus-termelő gépeknél, hogy csak ritkán jut át a szabadalmi hivatalok szűrőjén az a megoldás, ahol nyiltan kijelentik, esetleg mérési adatokkal is alátámasztják ezt az állítást – tekintve, hogy a természettudományban ez komoly eretnekségnek számít. Ezért, még ha nincs is leírva jópár szabadalomnál, feltételezhető, hogy a feltaláló a többletenergia-termelés egy módszerére jött rá, de ezt nem írta már le. Sok esetben aztán technikai, pénzügyi vagy jogi, emberi gondok miatt nem került kifejlesztésre, tömegtermelésbe egy-egy berendezés. Így a „sorok között“ kell olvasni jónéhány szabadalmi leírásban, s az olvasónak kell eldöntenie, hogy vajon az adott leírásban szereplő készülék alkalmas lehet-e a többlet előállítására. Az elvek, a megoldások ismeretében ez bizonyos hibával persze megoldható. Ezért ebben a kiegészítésben szerepelnek azok a megoldások, melyekről sejteni lehet, hogy megfelelő paraméterek esetén számunkra érdekesek. További haszna az analógiáknak, hogy az alapelvek és konstrukciók elvek ismeretében többféle technikai megoldást is találhatunk, s mindegyik hasznos lehet egy-egy feladatra. Az az effektus, hogy a felmelegedett, gáznemű közeg kiterjed, és így munkát végez, igen sokféle formában használatos. Ilyen például a dugattyús gőzgép, a sokféle belső égésű motor, a külső égésű Stirlingmotor, a gőz- és gázturbina, a rakéta, a lőfegyverek. A tértechnológiai berendezésekben is látszanak a közös vonások, az analógiák, a párhuzamos megoldások. Különösen jól látszik például a Schauberger típusú vízörvényes megoldások és a Spence-féle elektronörvényes készülék közti analógia. Hasonlóan látható analógia van a Hendershot-féle elektromosan polarizálható és például a Hubbard-féle mágnesesen polarizálható anyagokat felhasználó megoldások között. Ha az egyikről már pontos méretezési, működési ismereteink lennének, akkor a másik készüléket a siker nagyobb reményével lehetne újraépíteni. A klasszikus fizikában és a műszaki gyakorlatban is akár egy-egy jelenségcsoporton belül is használjuk a hasonlóságot. Dimenziótlan paramétercsoportokat alkotva, például a hőátadás és az áramlástechnika számos problémája a gyakorlat számára megkívánt pontossággal megoldható. Itt most nem tudunk kitérni részletesen a hasonlóságok, analógiák tárgyalására, de a témának szerenécsére bőséges irodalma van, amiből itt most csak három könyvet emelnél ki[1-3]. A fizikában már a legegyszerűbb jelenségek szintjén megjelennek az analógiák (fogalmazhatnánk úgy is, hogy szimmetriák) [1]. Például a potenciálkülönbség hatására áramlás indul meg, s ez lehet tömegenergia, vagy töltés is. Az elektromosságnál

dQ dQ arányos az árammal, azaz = G (U 2 − U 1 ) , ahol G a vezetőképesség, ami az eldt dt

lenállással kapcsolatos. Elvileg teljesen azonos összefüggés írható fel a hőáramlásra, a folyadékáramlásra és diffúziós anyagáramlásra is, a leíró egyenletek matematikailag azonosak. Ugyanilyen szembeötlő analógiák vannak az egyszerű lineáris rezgéseknél is. Egy rugón rezgő tömeg, egy torziós rúdon rezgő korong, egy megfeszített húr, egy elektromos rezgő kör, egy akusztikus rezonátor (például fuvola vagy hegedű), vagy egy inga differenciálegyenlete azonos, és a folyamatok is hasonló módon zajlanak le, ezért, mert mindegyik rendszerre az jellemző, hogy két eltérő típusú energiatároló van bennük, mint például mozgó tömeg vagy a feszített rugó. Ezért találunk analógiákat például a hullámmozgásnál (lineáris és nem lineáris esetekben is), következésképpen a hulláminterferencia és a lineáris, nem lineáris és parametrikus rezonancia eseteiben is. Ilyen analógiákat találunk például az elektromágneses sugarak és elektronok optikájánál is. Alapvetően meghatározza az analógiákat a mechanika és az elektromosság között például az induktivitás és a tömeg, vagy inercia valamint a kapacitás és a nyújtott vagy csavart rugó között található kapcsolat, de a súrlódásnak is megvannak az analóg formái minden esetben. A mechanika nemcsak tömegpontokra érvényes, hanem kiterjedt közegekre is, így találunk párhuzamot például az akusztika rezonátorüregei és az elektromágneses hullámok rezonátorüregei között, vagy így lehet induktivitása egy csőszakasznak is, ha mechanikai hullámterjedést vizsgálunk. Példaként most a [2]-ből mutatunk néhány egyszerű analógiát elektromágneses és mechanikus rendszerekre. Az V/2. kiegészítés 1/a. ábrája mutatja a két energiatárolót tartalmazó rezgő rendszereket, melyek közül talán csak az akusztikus rezonátor nem közismert, de az is elosztott paraméterű rendszerként viselkedik. Látjuk a frekvencia függvényeként a rezgési amplitúdót, ami párhuzamos körnek felel meg.

186


gerjesztés

mechanikus

elektromos

gerjesztés

forgó, mechanikus

akusztikus a.) Két energiatárolót tartalmazó rezgő rendszerek

elektromos mechanikus

akusztikus

forgó, mechanikus b.) Két, kapacitív módon csatolt rezgő rendszer analóg megvalósításai

elektromos mechanikus

akusztikus

forgó, mechanikus c.) Két, induktív módon csatolt rezgő rendszer analóg megvalósításai V/2. kiegészítés 1. ábra.


187

Az V/2. kiegészítés 1/b. ábráján olyan rezgő rendszerek csatolt rezgéseit látjuk, ahol a csatolás kapacitív úton történik. Az V/2. kiegészítés 1/c. ábráján csak annyi a változás, hogy induktív a csatolás a rezgő körök között. A hasonlóságok analógiák segítségével lehet valószínűsíteni, hogy néhány konstrukciót többletenergia előállítására készítették, és a megtaláló bennük a fordított Noether-elvből származtatható spirálszerű sík vagy térbeli alakzat. Elektromos terek is lehetnek dinamikus esetben spirálszerűek, sőt mágneses tereket is kialakíthatunk még statikus esetben is spirálszerűre, s ha az időben változó eseteknél a megfelelő, nem szimmetrikus jelalakról gondoskodunk, akkor elvileg többletet lehet előállítani. Mivel a gyakorlatban mágneses térerősségeknél nagyobb enerigasűrűség állhat elő, talán nem véletlen, hogy ezek a találmányok vannak többségben. Ilyen például Szabó László „Aszimmetrikus elektromechanikus eszköz“ című találmánya (PCT/CA93/00088), melynek egy rajza látszik az V/2. kiegészítés 2. ábráján. Látható, hogy a mágneses fluxus egy bonyolult pályán halad, melynek egy kis része spirálszerű. (Ennek a találmánynak a fejlesztése volt idáig a legdrágább, többmillió dollárba került idáig.) A forgó rész több mázsa súlyú, hiszen nem szabad telítésbe vinni a ferromágneses anyagot, az egypólusú generátornál már tárgyalt gondok miatt. Jelenleg 2 MW-os egységek vannak gyártásra kész állapotban. Elvileg nemcsak forgó, hanem statikus szerkezetekben is megvalósítható az időben változó, de egyre szűkülő, spirálishoz hasonló mágneses mezőeloszlás, viszonylag kis örvényáram veszV/2. kiegészítés 2. ábra. teség mellett. Ilyenkor a mágneses fluxus ugyanúgy megnő a ferromágneses anyagban, mint ahogy a Schauberger-csőben megnőtt a nyomás a kilépő síknál. Persze vigyázni kell, hogy ez esetben a nyereség ne vigye a telítés közelébe a lágyvasat, mert akkor a permabilitás már nagyon alacsony, és a nyereséget nem tudnánk felhasználni. A pálya alakja nem lehet tetszőleges, úgy kell kialakítani, hogy nagy nyereséget és kis veszteséget tartalmazó szakaszok legyenek benne, azaz nem szabad tükörszimmetrikus geometriai pályát kialakítani, mert akkor a veszteségek felülmúlják a nyereséget. Természetesen statikus megoldással nem megyünk semmire, mert akkor nem tudjuk kivenni a nyereséget. Ezért időben változó fluxust kell kelteni, így indukcióval a nyereség kivehető. Vélhető, hogy egy ilyen hatásra bukkant. D. J. Regan akinek a 4883977 számú USA szabadalmából az V/2. kiegészítés 3/a. ábráján látszik az alapelrendezés. Olyan zárt, mágneses fluxuspályát alakított ki, melyen oldalt (16, 17) két darab fluxuselágazást találunk. Az elágazásnál a 18-19. számú szolenoidok segítségével lehet a fluxust „terelni“. A nyereséggel megnövelt fluxus áthalad a 11. számú szakaszon, s az arra helyezett szolenoidban a fluxus időbeli változása áramot indukál, így a nyereség kivehető. A 3/b. ábrán látszik a fluxus iránya egy adott esetben, s elvileg a M3 és M4-es szakaszok akár állandó mágnesek is lehetnek. A 3/c-d. ábrán látszanak a 301-es terelő szolenoid által létrehozható állapotok. Ha lenne egy kis légrés a pályában, ki lehetne mérni, hogy egy adott gerjesztés többletfluxust hoz létre megfelelő alakúra méretezett, spirálszerű elemet tartalmazó fluxuspályában. Ha nem a többlet előállítása a cél, Regan találmányának nem sok értelme van. Tekintve, hogy légrés esetén több energiát lehet tárolni egy mágneses körben, egy légrés tovább javíthat a folyamaton. Valószínűleg ezt célozza a 4904926 számú szabadalom, ami lényegében egy „övcsat“ típusú megoldás. Az V/2. kiegészítés 4. ábráján V/2. kiegészítés 3a. ábra.

188


látszik az elrendezés, dinamikája a fentiekhez hasonló. A permanens mágnes és a lágyvas közti légrésekben alakulhat ki megfelelő vezérlés esetén a spirál alakú mágneses fluxuspálya. Az V/2. kiegészítés 5/a. ábráján látunk egy olyan, intuitív módon elkészült mágneses készüléket, ami többletenergia előállítását célozta meg. Tipikus példája annak, hogy jó intuícióval teljesen rossz méretezést valósítanak meg amatőr módon. Az 5/b. ábrán látható módon alakították ki a szerkezetet, de golyókat felhasználva sosem kapunk igazán jó alakú, ideális spirálszerű fluxuspályákat. Külön gondja a szerkezetnek, hogy rosszul oldották meg a belépés és a mágneses mezőből történő kilépés feladatát. Az V/2. kiegészítés 6/a. ábráján látszik az úgynevezett Reed-motor, egy egyszerűsített rajza. Itt is állandó mágnesek forognak stacioner állandó mágnes és szolenoid előtt. Az elrendezés keresztmetszeti rajzát, a 6/b. ábrán, és felülnézeti rajzát a 6/c. ábrán látjuk. Az indítást egy mozgatható alumíniumlemez segítségével végzik, ennek segítségével az örvényáram generálódik, és ez már elegendő, hogy a torzult, spirálszerű mágnesmezőket létrehozza. Ennek a szerkezetnek is teljesen tapasztalati úton, próba-szerencse úton történt a méretezése, és a feltaláló szerint egy bizonyos méretnél működik.

b.)

c.)

d.)

V/2. kiegészítés 3b. - d. ábra. b.) a fluxusterelés lépései: c.) egyik állapot d.) másik állapot

a.)

V/2. kiegészítés 4. ábra.

b.) V/2. kiegészítés 5. ábra. a.) b.) a fluxusterelés lépései: egyik állapot


a.)

189

b.)

Az eddigiekben leírt szerkezetek egyfajta modellt követnek, de nem kizárt, hogy további lehetőségek is vannak még. Ilyen az V/2 kiegészítés 7. ábráján látható „mágneságyú”, mely olyan lineáris elrendezésű ferritből készült ferrit mágnesgyűrűkből álló rendszer, amelyben egy rúd alakú, ferritből készült permanens mágnes fut. A készüléknél fontos, hogy vagy a hangszórómágnesek vagy a rúdmágnes felületének térerőssége eltérő legyen, azaz kis mértékben át tudja mágnesezni egyik rendszer a másikat. Így a hiszterézisveszteségek oldják meg az energiatermelő és energianyelő részfolyamatok közti eltérést. Csak demonstráció céljára lehet érdekes ezzel kísérletezni, gyakorlati értéke így nincs, méretezéc.) se igen nehéz. Ez az elrendezés még leírható a mágneV/2. kiegészítés 6. ábra. A Reed motor nézetei ses polarizációnál az előzőekben röviden ismertetett ela.) b.) oldalnézet c.) elölnézet vek segítségével. Nem írhatóak le viszont a Tesla nevével fémjelzett, az I. kötetben is röviden leírt, pulzált kapacitáskisütő készülékek. Az orosz Szergej Godin végzett méréseket ezen a területen, a mérései szerint ha hőmérsékletfüggő és nem lineáris a kondenzátorok dielektrikuma, akkor ilyen egymásba töltögetős ciklusokkal 135 százalékos hatásfokot lehet elérni. Ez csak a környezeti hő rovására történhet, itt az energiamegmaradás elve nem sérül. Kétséges viszont az RQM cég által a WO/97/41.970lágyvas es számon benyújtott PCT szabadalmi kérelemben közD É D É D É D É D É zétett készülék többletenergiatermelése. A hézagos leírásból és a „központi tér kvantumoszcillátor”-ról szóló ismertetés annyira hiányos, hogy nem lehet biztosat mondani a szerkezetről, bár a szabadalmi leírásban közölt, egymásba skatulyázott, kaszkádszerűen kapcsolt elektromágnesek elve kicsit hasonlít a Kawai által kidolgozott elrendezéshez. Jóval részletesebb leírásra lenne szükség, hogy a kérdést eldönthessük. D É D É D É D É D É lágyvas mágneskör része V/2. kiegészítés 7. ábra. A mágneságyú vázlatos rajza. Öt-hat mágnest kell egy ferromágneses körbe foglalni. Irodalom: [1] J. N. Shive, R. L. Weber: Similarities in Physics. Adam Hilger Lt. Bristol, 1982. [2] H. F. Olson: Dynamical Analogies. Van Nostrand, Princeton, 1958. [3] Szűcs Ervin: Dialógusok a Műszaki Tudományokról. Műszaki Kiadó, Bp. 1970.

26


190


Szintek „magassága”. minél mélyebb, annál fontosabb

MECHANIKA

„Tető” szint: speciális esetek és gyakorlati alkalmazások szintje

A jelenleg használt mechanikai gépek

Falakat lezáró „KOSZORÚ” szintje: A törvények egyenletei, alakjai

Newton törvények valamint az erők Szuperpozíciójának törvénye

„FALAK” szintje, minimumelvek ezen a szinten az dől el, hogy megmaradnak-e a geometriai szimmetriák

A minimumelvek használhatóak, van stabil nyugalmi helyzet

↑

↑

↑

A szimmetriák megmaradnak, minden körülmény között

„FUNDAMENTUM” szintje: mezők szimmetriái mozgások szimmetriái

↑

skalár potenciálos mezők időben állandó szimmetriák

ELEKTRODINAMIKA

a Tértechnológia mechanikus gépei: Orffyreus, Schauberger

↑

Általános, kiterjesztett dinamikai törvények

↑

A minimumelvek nem használhatóak, nincs stabil nyugalmi helyzet

↑

ha többféle mező szimmetriáját kivonom egymásból, nem mindig maradnak meg a geometriai szimmetriák

↑

nem potenciálos mezők (pl. vektor potenciállal leírható örvényes vagy időfüggő mezők)

A jelenleg használt elekt- A Tértechnológia elektrodinamikai gépei. Stacioner rodinamikai szerkezetek és dinamikus megoldások, többféle közeggel és kapcsolódással

↑

Maxwell egyenletek elektronok használatával

↑

minimumelvek érvényesek

↑

szimmetriák megmaradnak mindig

↑

E skalárpotenciálos mező

↑

Maxwell egyenletek elektronok + mágneses monopólusok

↑

Nem szükségszerű a minumumelvek érvényessége

↑

nem szükségszerű a megmaradás

↑

B vektorpotenciálos, örvényes mező

álló és lineárisan mozgó elektromos töltés

V/2. kiegészítés 2. Táblázat Mezők természete és megmaradások közti kapcsolatok. Az „alulról felfelé” tipusú építkezés, a logikai alapok

↑

Kiterjesztett elektrodinamika

↑

A minimumelvek, s emiatt a geometriai szimmetriák megmaradása nem szükségszerű

↑

nem szükségszerű a szimmetriák megmaradása

↑

örvényes mezők

egy tengely több tenkörül forgó gely körül töltés forgó töltés

144


V. rész: Alkalmazási példák 143

Recommend Documents