¿Cómo surgió la transmisión de energía torre de Tesla - propia investigación






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. Después del trabajo experimental preliminar se hizo evidente que la necesidad de desplazarse a experimento a gran escala - lo que empezamos краудфандинговую boomstarter.ru campaña (al momento de la publicación recoge el 75% de los fondos).

Este material no es una teoría riguroso (es decir, teniendo en cuenta todos los posibles aspectos de Tesla Tower). Sin embargo, hemos tratado de iluminar adecuadamente el concepto propuesto y traer estimaciones numéricas adecuadas de las principales características del proceso. Por supuesto, muchos matices omiten porque propósito de este artículo - para demostrar que entendemos qué hacer (con el fin de atraer la atención sobre el нашему experimentar ) y tenemos una buena oportunidad de éxito.

Así que si tienes curiosidad por entender el modelo y participar en un debate constructivo - que invitamos a conocer el material
.
Por lo tanto, en nuestro науч-поп Artículo sobre bumstartere describe el comienzo de nuestro concepto -. De hecho, el punto de partida de la investigación (la formulación de los cuales, por cierto, que tomó una buena cantidad de tiempo)

Si muy brevemente, hemos estudiado a fondo el modo de 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 de lo que vamos a hacer en la parte del experimento real).

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 - que es considerada como una 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> está relacionado con el radio de la relación de marco:



Para el caso de N vueltas fórmula se multiplica por un factor de N ^ 2 (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. Lo prenibrezhimo pequeño comparado con las pérdidas en la resistencia activa del sistema (compuesto por al menos unidades 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
.

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 CA:



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, como se muestra en la siguiente figura.



La distribución de dipolos actuales de diferentes longitudes. I>

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, de modo que el flujo transversal de la energía no es sólo cero en el promedio de tiempo (por TE o modos TM), pero 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, vector de Poynting dirigidas estrictamente paralela a la dirección de propagación de la onda - a lo largo del eje de la cavidad coaxial).

Se lo tanto el modo TEM en el modo de guía de ondas coaxial se caracteriza por un buen rendimiento (con respecto al modo TE o el modo TM) en la transferencia de energía y de pequeño coeficiente de atenuación de la onda en la guía de ondas, y, si es necesario, la transmisión de energía a través de la guía de ondas coaxial - por lo general el modo de búsqueda se utiliza modo TEM.

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. La pantalla se ejecutará a lo largo de toda la longitud, y dicha aquí después de una "cápsula" externo - se antinodos de voltaje (y nodos de corriente, respectivamente)
.


Además, si los conductores internos y externos hacen ahora en la forma de esferas - vamos a llegar a un modelo común asume el experimento (la proporción de la figura, por supuesto, no se cumplen):



No es difícil adivinar la esfera conductora interior - es la Tierra, la esfera conductora exterior - es la alta atmósfera (ionosfera principalmente). Y la geometría general de la cavidad - se trata de una cavidad esférica concéntrica regular (en el que hablamos del modo TEM en el sentido estricto - ya no es posible, ya que sólo existen modos TE y TM), con sólo un poco inusual de excitación del modo TM ( es decir, la excitación puerto - no conecta las placas interna y externa)
.
Aunque, debido a la sección transversal conductores interior y exterior variables, la amplitud de las corrientes de onda estacionaria y tensiones disminuirá a medida que la distancia desde el generador, esencia general, sin embargo, sigue siendo la misma - el coaxial moda (o modo TM esférica) resonador es excitado por una fuente apropiada (Torre de Tesla).

A primera vista, la idea es extraña: se sabe que la conductividad del suelo de la Tierra y la ionosfera (en un día claro en el lado iluminado) de aproximadamente 0.001 S / m (más o para menos), mientras que la conductividad como el cobre - alrededor de 58 millones de Sm / m. Sin embargo, echemos un vistazo a esta cuestión sobre la base de estimaciones numéricas, más que de consideraciones intuitivas. Para empezar, vamos a tratar con la resistencia a tierra de la Tierra. La idea general es que desde el punto de vista de los procesos de flujo de corriente, la división en dieléctricos, semiconductores y conductores - más bien arbitrarios en la naturaleza, como durante un periodo suficientemente amplia representación del dieléctrico - es muy buen conductor (es decir, tiene una baja resistencia a la final)
. Como usted sabe, con un espesor suficiente del conductor, la corriente es significativa sólo a una cierta profundidad, llamada la profundidad de la piel, que se calcula по fórmula :



Donde

- Resistividad

- La permeabilidad relativa,

- Frecuencia
.
Por supuesto esto es una fórmula simplificada, aplicable para el conductor y el dieléctrico no es - pero en nuestras frecuencias bajas asocia con suelo dieléctrico pérdida - pequeño, por lo que como medida -. Una fórmula bastante aplicable

Para la gama de frecuencia de 1-10 kHz, y una gama de conductividades ,001-,00001 / m profundidad de la piel se encuentra en un rango de cientos de metros a varios kilómetros. Por lo tanto, menor es la frecuencia - el mayor espesor de la capa de la piel, es decir, cuanto menor es la pérdida óhmica en la resonancia planetaria (inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia).

Por lo tanto, llegamos a la conclusión de que, teniendo en cuenta la resistencia pura de la tierra (como una bola de suelo, es decir, material que tiene una conductividad de 0,01 a 0,0001 / m), y suponiendo un rango de frecuencia de no menos de 1 kHz, (tk . frecuencias aún más bajas no son realizables desde un punto de vista práctico - sobre la base de los parámetros técnicos necesarios Tesla Torre) es necesario limitar capa kilómetro. Tenga en cuenta que Tesla no parece muy consciente de este informe - y sinceramente cree que las corrientes para instalar ir profundamente en la tierra (y no correr por la superficie de la misma), como se indica en nuestros artículos científicos y populares. De acuerdo con los datos actuales sobre la electrodinámica - esto, por supuesto, no puede ser
.
La resistencia entre los dos vástagos sumergidos en un medio poco conductor (por ejemplo, suelo) dadas por a >:



Donde



Donde L - longitud de las barras, D - la distancia entre ellos, r1 - radio sección barras

- Conductividad del medio
.




















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

















Porque













Es decir,


Es decir,












B>
Es decir,


Es decir,


Es decir,





Sí.



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