Hace unos años, nosotros - los autores de este material - bastante cavar en patentes, publicaciones y conferencias Tesla (afortunadamente, la educación permitido) llegó a la conclusión de que el tristemente célebre transmisión de potencia Torre Tesla no es "falso", y está trabajando diseño.
Como resultado de varios años de investigación, la reflexión, el estudio de las fuentes primarias, el ajuste de datos, selección y formación de hipótesis, etc. - Había una hermosa y, de hecho, un modelo simple que se ajustan estrictamente a la física clásica, y fue confirmado por el paquete de simulación numérica Ansoft HFSS. Desde el inicio del proyecto, se realizó una serie de discusiones en las distintas comunidades en las que se les exigía "artículo para techies '- el resultado fue este material.
Este material no es una teoría rigurosa (es decir, la teoría de que tenga en cuenta todos los aspectos posibles de Tesla Torre). Sin embargo, hemos tratado de iluminar adecuadamente el concepto propuesto y traer estimaciones numéricas adecuadas de las principales características del proceso. Así que si tienes curiosidad por entender el modelo y participar en un debate constructivo - que invitamos a conocer el material
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Por lo tanto, en nuestro
artículo pop científica describe el principio del concepto - de hecho, el punto de partida de la investigación (la formulación de los cuales, por cierto, que tomó una buena cantidad de tiempo).
Es posible que en un par de frases para describir la esencia del mensaje de abajo, con la etiqueta "atención - no para los profesionales." Entonces la esencia podría formularse de la siguiente manera: Torre crea una resonancia actual tensión en una larga fila, donde la línea de tiempo (cable, un extremo conectado al oscilador maestro - es decir, la Torre) se toma toda la tierra. Resistencia de tierra es pequeña (por qué - se analizan más adelante). La pérdida de la radiación electromagnética también son dramáticas consecuencias, ya que "Rescates" la ionosfera de la que refleja perfectamente la radiación electromagnética de baja frecuencia y refleja - interactúa con la Tierra, a moverse de nuevo en las corrientes en una larga fila - Tierra (modelo de guía de onda). Y hay un patrón estable de ondas estacionarias de corriente-tensión de carga en el suelo, seguido por una débil radiación electromagnética entre la Tierra y la ionosfera.
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Empezamos con el hecho de que la estudiaron a fondo el funcionamiento de la Torre Tesla siguiendo sus registros y patentes. Y este entendimiento ha nacido - qué procesos nat pueden causar este dispositivo a la Tierra, y esta comprensión - no había confianza en que la propuesta de transferencia de energía (y probado) por Tesla es posible. En este caso, se parte del hecho de que la patente de Tesla presente toda la plenitud de la descripción y no "/ ocultos escondidos" parámetros / procesos. Así que las "ideas", propagan activamente rumores y los medios sensacionalistas - que Tesla usando sus torres tratado de "sacudir éter energía", utilice la "energía radiante", etc. - Believe periodistas son sólo fantasías, lejos de la física. En nuestra opinión, la obra de la torre quede completamente encajado en las leyes físicas conocidas, no requiere ningún concepto nuevo o ha tenido efectos físicos, y en este sentido, nuestro trabajo (y futuro experimento planificado) es puramente aplicada - en lugar de la naturaleza de la investigación básica. Si el material a continuación es difícil de entender, se puede leer el artículo en el enlace de arriba (está escrito para las humanidades, y contiene una serie de inexactitudes limítrofes incorrecto, pero da una buena comprensión cualitativa).
Por simetría, procedemos.
Torre de Tesla: las características de la obra h4>
Si corta el imposible, la Torre de Tesla (menos significativo aquí no es matices técnicos) no es otro que la tierra un extremo de un resonador de cuarto de onda helicoidal (caracterizada por parámetros distribuidos), con capacidad adicional en el extremo superior de la hélice. Este oscilador maestro oscilante cavidad (frecuencia de onda sinusoidal por debajo de 20 kHz - si partimos de las patentes de Tesla, US787412 y US1119732 ).
En otras palabras, el concepto de la torre como sigue:
Izquierda muestra la capacidad física íntima en la parte superior de la torre (además de auto-capacitancia de la bobina), a la derecha - circuito equivalente convencional, donde hizo hincapié en que la capacidad separado - solitario, es decir, formalmente - capacidad entre la torre y el infinito, y no entre la torre y la Tierra (porque si no tenemos un circuito LC banal cerrado a través de la tierra). A fin de minimizar la capacitancia parásita entre la torre y el suelo - que es, torres circuito LC-circuitos de todo el país - es evidente la necesidad de aumentar la capacidad de la solitaria del suelo (simple estimación muestra que suficiente capacidad de elevación a una altura igual al diámetro medio de unos pocos tanques - en el cumplimiento de tales condiciones, la capacidad entre la torre y la Tierra se reduce a un valor comparable con propio contenedor aislado Torre).
Como es conocido a partir de la ingeniería eléctrica clásica, en una capacitivo tal modo de resonancia de la cavidad y la reactancia inductiva se anulan entre sí, de modo que el generador "ve" sólo la resistencia del resonador. En una hélice onda estacionaria - con el nodo en la tensión del generador y bucles de corriente de la misma (en este caso en el extremo opuesto de la cavidad - un nodo y un antinodo de una corriente-tensión). Teoría analítica detallada del funcionamiento de tal resonador se puede ver por ejemplo aquí . Si el material de esta página es difícil de entender - que se pueden simplificarse sin perder la esencia: resonador espiral de este tipo no es más que un cuarto de onda largo línea, en espiral - es decir, como en el "extendida" longitud de la línea en el resonador a la frecuencia resonante será un voltaje de corriente de onda estacionaria a una tensión de nodo en un extremo de la línea y el nodo actual - en el extremo opuesto; diferencia significativa de los "largos" líneas largas - sólo mejorada inductivo y el acoplamiento capacitivo entre las secciones adyacentes de una línea en virtud de su proximidad a la configuración geométrica de la espiral, que es ligeramente (no drásticamente) - cambia la frecuencia de resonancia y la velocidad de propagación a lo largo de la línea.
La cifra - ondas estacionarias en una larga fila. Distribución de las ondas: a - voltaje b - la corriente en la línea de un solo conductor en diferentes momentos (ilustración de la сайта)
En otras palabras, la Torre es un cargo de búfer - capacidad aislado, en el que el generador de potencia predeterminado "impulsa" la carga de la tierra.
Al mismo tiempo, la radiación EM en el sentido de las ondas de radio (es decir, en el campo lejano, la torre zona de la onda) para nuestra gama de parámetros de funcionamiento - es prácticamente ausente. Vamos a demostrar esto.
En la física de radio es el concepto de antenas en espiral, lo que, a primera vista, se pueden correlacionar con el resonador helicoidal. Sin embargo, a diferencia de la longitud eléctrica de la antena de bobina torres de 3-5 órdenes de magnitud menor que la longitud de onda (es decir, número de vueltas en los miles - a pesar del hecho de que toda la longitud del bobinado es aproximadamente igual a un cuarto de longitud de onda). Por lo tanto, la mayor parte de la corriente (antinodo de corriente) se concentra en la mitad inferior de la torre. En otras palabras, en términos de la radiación electromagnética externa, , esta estructura funciona inductancia concentrada clásica como de costumbre i>. Es decir, dipolo magnético convencional.
Conocido que especifica la resistencia a la radiación de un marco eléctrico corto magnética (dipolo magnético) con una longitud de onda λ (сопротивление radiación caracteriza la pérdida de conductor por la radiación de ondas EM - es decir, la pérdida de energía en la radiación actual se considera como resistencia formal, que es igual a la pérdida de las pérdidas por radiación):
(fórmula 4.30 desde el siguiente enlace) i>
Cuando la longitud equivalente del dipolo l E sub> se relaciona con la radio "una" relación de marco:
Para el caso de N vueltas fórmula se multiplica por un factor de N 2 sup>. (Por razones obvias - la densidad de energía de radiación es proporcional al cuadrado de la amplitud de la trama de campo, es decir, el cuadrado de número de vueltas en el marco)
Total,
Sustituyendo nuestros parámetros (frecuencia de 10 kHz, es decir, la longitud de onda de 30.000 m, el radio de la bobina - incluso 2 metros, la longitud del devanado - 10 km, el número de vueltas de aproximadamente 800), se obtiene la resistencia a la radiación igual a 390 nano. Eso es insignificante en comparación con las pérdidas en la resistencia activa del sistema (compuesto por al menos unidades de ohmios).
Pero, además de la componente tangencial de la corriente en el resonador, y tiene un componente axial (vertical actual resultante) a través del cual da torre, incluyendo la radiación dipolo eléctrico corto convencional, cuya resistencia a la radiación está asociado con el dipolo l Dina y λ la longitud de onda como: < br />
(fórmula 4.27 desde el siguiente enlace) i>
Es obvio que el componente axial de la corriente como relacionado con el diámetro del alambre es tangencial a la longitud de las espiras de la bobina. Es decir, aproximadamente dos órdenes de magnitud más pequeño componente tangencial (con diámetro de la bobina de 2 metros y el diámetro del conductor de bobinado 2 cm). Y, similar a la lógica de la contabilidad de número de vueltas, la resistencia efectiva de la radiación se reduce por el cuadrado de este valor - es decir, 4 órdenes.
Por lo tanto, la resistencia de radiación efectiva (en relación con la corriente que fluye a través del generador) con suficiente precisión se puede estimar como:
Que nuestros parámetros (altura de la torre es de diez metros - que sea 20 metros para detalles) da un valor de alrededor de 35 nano, es decir, un orden de magnitud menor que la radiación de la componente tangencial de la corriente.
Como resultado, vemos que ambos tipos de radiación (y los componentes tangenciales y axiales de la corriente) son insignificantes con respecto a las pérdidas en la resistencia activa del circuito, a pesar del hecho de que es la estimación superior (porque para ellos se asume la misma cantidad de corriente a lo largo de la bobina , mientras que la corriente disminuye realmente sine - y "extremo caliente" del nodo actual tiene una bobina - es decir, la corriente cero, y la radiación real es una fracción calificaciones más altas). Así que cualquier idea sobre lo que funciona como una torre de antena - son sin ninguna razón (por lo menos, siempre y cuando seguimos patentes de Tesla y no tratamos con fantasear). Antena de la torre no es en el sentido clásico - su emisión de radio (. Los campo EM en el futuro, la zona de onda) es insignificante, y todo lo que le permite hacer - es ser una unidad efectiva para cargar que la planta generadora elimina del suelo en un generador de frecuencia . Así que las objeciones "genio" como "usted tiene una antena helicoidal convencional - la eficiencia de transferencia de energía es a través de la planta", y otros "argumentos" ondas de radio que emanan de dicha estructura - solo demuestran un desconocimiento total del adversario los conceptos más básicos de la física de radio
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Desde la torre entendido, ahora ve a la Tierra h4>
Para simplificar, vamos a empezar con las analogías elementales -. Desde que se mueven poco a poco en el concepto final
Supongamos que tenemos un alambre eléctricamente de largo con un hueco en un extremo, un segundo extremo conectado a tierra a través de la fuente de voltaje de CA (longitud eléctrica - significa que la longitud del conductor es comparable a / mayor que la longitud de onda del generador basado en la frecuencia del oscilador y la velocidad de propagación de la onda - cerca de la velocidad luz en el vacío):
En tal línea de tiempo, si las pérdidas de línea son pequeñas - una corriente-voltaje de onda estacionaria (es decir, la superposición de la onda incidente por el generador y las ondas reflejadas desde el extremo libre de una línea de largo). Un ejemplo típico de este tipo de líneas y estas olas son vibradores eléctricos convencionales (me refiero a la antena clásica), como se muestra en la siguiente figura.
La distribución de dipolos actuales de diferentes longitudes. I>
La esencia de las ondas estacionarias en una larga cola es bastante sencillo de entender. Puede dividir mentalmente todo el hilo en trozos media longitud de onda. Cada segmento es la capacidad (debido a que el conductor tiene una capacitancia distribuida a lo largo de ella) y la inductancia (similar). En consecuencia, las ondas estacionarias no es más que una corriente de onda, de carga, de la capacidad - es decir, energía en una onda estacionaria se almacena alternativamente en la forma de una distribución de carga a lo largo del conductor (sinusoidal) - momento en el cual la corriente es igual a cero, entonces una distribución de corriente a lo largo del conductor (así sinusoidal) - y en ese punto la densidad de carga superficial a lo largo de la el conductor es cero. Que esencialmente repite el modo de LC-circuito normal (inductor conectados en serie con una capacitancia condensadores), pero teniendo en cuenta la naturaleza distribuida de la capacitancia y la inductancia. Corrientes de media onda en el "reuniéndose" al centro del segmento seleccionado - Tensión antinodo creación (es decir, la aparición de la carga superficial en el conductor), y en el siguiente segmento de "spread" de un centro similar - la creación de un cargo de signo opuesto, entonces se repite este proceso (en lugar de dirección - la creación de cargas opuestas en la superficie del conductor). Por supuesto lo anterior se aplica a la línea ideal (sin pérdida) abierta al final, en función de las pérdidas reales (y / o carga lineal en el extremo) proceso es más complicado - pero la esencia fundamental sigue siendo el mismo.
Si la transición a la analogía mecánica elemental, el proceso será el más cercano de la compresión de la onda-estiramiento en la longitud del resorte, se produce cuando un resorte (acostado sobre un soporte con la fricción cero) están empezando a balancearse hacia atrás y hacia adelante a lo largo del eje del resorte en un extremo de la primavera - cuando un segundo extremo fijo. En esta corriente - corresponde a la velocidad de la parte correspondiente de la primavera, y la tensión - corresponde al grado de compresión del resorte. Es decir, en algún punto en el tiempo todas las partes de la primavera tendrán velocidad cero - y el grado de estiramiento del muelle cambiará el seno lo largo de ella (tales cosas coágulos y descarga alterna) - que corresponde a corriente cero en la onda estacionaria al mismo tiempo la tensión máxima (es decir, la superficie máxima la densidad de carga en el conductor), y en otro momento - un cuarto del período de oscilación - por el contrario, toda la primavera no se deforma, pero sus parcelas velocidad instantánea cambiará a lo largo del eje del seno de la primavera (que corresponde a la densidad de carga de punto cero a lo largo del conductor de una línea larga - pero el máximo corriente en ella).
Las pérdidas por esta situación se pueden dividir en dos componentes: las pérdidas óhmicas y pérdidas por radiación.
En el caso de una gran longitud del conductor, y su pequeña resistencia óhmica, la principal contribución a la pérdida producirá la radiación (es decir, resistencia a la radiación).
Como ya sabes, si rodeamos una línea conductora de blindaje a tierra, las pérdidas de radiación serán compensados, y esta estructura se denomina guía de ondas coaxial - y, en nuestro ejemplo, la ola en una guía de onda coaxial existirán como un modo TEM (excitación puerto en este caso, de hecho, un generador conectado a través de la tierra - a los conductores interior y exterior de la guía de ondas).
De hecho, el modo de modo TEM se puede interpretar como un modo de acoplamiento inductivo de los conductores interior y exterior de la guía de ondas a través de un campo de corrientes de campo cercano en estos conductores (cambio de corriente en el núcleo interno - es, respectivamente, EMF en la pantalla externa, y la corriente inducida en la pantalla externa se dirige contra el cambio corriente en el conductor interior - corriente de inducción esencialmente convencional es decir, en el campo cercano) de modo que el flujo transversal de energía no cero en un tiempo promedio (para TM o modos TE), pero es cero en cualquier momento. No hay reflexiones desde los límites de la guía de ondas - el flujo de energía es sólo longitudinal en la naturaleza (es decir, dirigida a lo largo del eje, y por lo tanto vector de Poynting se dirige como estrictamente paralela a la dirección de propagación de la onda - a lo largo del eje del resonador coaxial).
Por lo tanto, el modo de modo TEM en la guía de ondas coaxial se caracteriza por buenas parámetros (modos relativos TE o modos TM) en términos de transferencia de energía y la pequeñez de la onda coeficiente de amortiguación en la guía de ondas, y si es necesario, la transferencia de energía a través de una guía de ondas coaxial - por regla general, tienden a utilizar el modo TEM -mode.
Sin embargo, incluso si eliminamos la puesta a tierra de la protección externa de la guía de ondas a lo largo de toda la longitud de la pantalla, además de sus secciones de extremo - la pantalla se cumple perfectamente su función.
De hecho, una pantalla tal en cualquier caso, hay una línea larga, como un generador para que actúa de EMF de la AC en el conductor-conductor interior. Y sólo en los bordes de la pantalla - debido a una capacidad muy pequeña de los bordes, habrá algún antinodo de tensión, y en el resto de la longitud de la pantalla - que funcionará correctamente. Lo que se confirma por simulación primaria en HFSS.
Además, ¿qué pasa si no nos limitamos a quitar la pantalla externa a tierra - pero "cerramos" borde como se muestra en la figura siguiente (para que la pantalla externa será una especie de "cápsula")? La respuesta es bastante claro - esta situación no será diferente de la anterior.
href="http://books.google.ru/books?id=nsJDiwt3lW4C&pg=PA253&lpg=PA253&dq=Amplitude+of+Schumann+resonance+modes&source=bl&ots=O7QSCdM0te&sig=3HnsQk4AZRQAJDmhlol6ayEP9tQ&hl=ru&sa=X&ei=nZGcUryxNLLn4QSEzYGwBw&ved=0CF4Q6AEwBQ#v=onepage&q=Amplitude%20of%20Schumann%20r">вот
резонанса
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