способ формирования равномерного

электрического поля в электропроводной среде

и устройство для его осуществления

область техники изобретение относится к области электротехники, в частности, к движению электрических зарядов в электропроводной среде.

уровень техники

известны способы передачи электроэнергии через электропроводную среду прямым контактом, при помощи плоских металлических электродов различной формы и расположения.

электрическое поле, создаваемое в среде . между ними принято считать равномерным, при определенных токах [яворский б.M.,

селезнев ю.а. справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования.- 4-е изд., исп.- M.:

наука.- гл. ред. физ. - мат. лит., 1989.- с. 187].

недостаток — только геометрической формой и расположением плоских электродов не возможно создать равномерное распределение электрического поля между электродами в электропроводной среде, так как любую плоскую фигуру можно представить торцевым электродом, где истечение больших токов происходит по периметру площади контакта.

наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым изобретениям являются способ формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде, основанный на истечении зарядов с электродов-иголок, расположенных перпендикулярно поверхности истечения, и реализующее его устройство - «люcтpa чижeвcкoгo» [чижевский

а.л. аэроионы и жизнь. беседы с циолковским/сост., вступ. ст., подбор ил. л.в. голованова.- M.: мысль, 1999. -с 410-415, (прототип)].

недостаток данных способа и устройства заключается в том, что по законам электричества истечение зарядов не происходит одновременно со всех точек поверхности электрода (концов иголок), а только с тех, в крторых проводимость среды, например, воздуха - максимальна.

сущность изобретения задачей изобретения является обеспечение наибольшей равномерности распределения электрического поля во время прохождения одного из полупериодов . переменного тока в электропроводной среде.

задача изобретения решается способом формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде при прохождении одного из полупериодов переменного электрического тока с электрода в электропроводную среду с использованием цилиндрических фазных электродов, расположенных равномерно на нескольких фазных кольцах разного диаметра, не менее трех, расположенных соосно, предусматривающим подачу напряжения на все фазные кольца с ограничением тока на каждом фазном кольце и подключение нулевой фазы к нулевому электроду с обеспечением формирования конусных поверхностей из одноименных зарядов, растекающихся с кромок торцов цилиндрических фазных электродов через электропроводную среду в направлении нулевого электрода и создания зон равномерно распределенных зарядов в заданном объеме электропроводной

среды, расположенной между торцами цилиндрических фазных электродов и нулевым электродом.

при этом используют фазные кольца, расположенные в одной плоскости, а также используют нулевой электрод в виде диска. кроме того, ток на каждом фазном кольце ограничен с помощью соответствующего сопротивления.

задача также решается устройством для формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде, содержащим не менее трех фазных колец разного диаметра, расположенных соосно, цилиндрические фазные электроды, размещенные равномерно на фазных кольцах и нулевой электрод, а каждое фазное кольцо соединено с соответствующим средством ограничения тока для подачи через него напряжения на фазное кольцо. при этом фазные кольца расположены в одной плоскости, а нулевой электрод выполнен в виде диска.

кроме того, каждое средство ограничения тока выполнено в виде сопротивления.

сопоставительный анализ с прототипом [чижевский а.л. аэроионы и жизнь. беседы с циолковским/сост., вступ. ст., подбор ил. л.в. голованова.- M.: мысль, 1999. -с 410-415,] показывает, что формируемое с помощью заявленных способа и устройства электрическое поле равномерно распределено в момент прохождения через электропроводную среду одного из полупериодов переменного электрического тока и имеет плотную структуру в виде кольцевых зон, составленных из полых конусов истечения одноименных зарядов.

таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Hoвизнa».

сравнение заявленного решения с другими решениями показывает, что известно о наличии равномерного электрического поля при истечении зарядов с поверхности проводника, в электропроводную среду при малых токах, а увеличение тока приводит к истечению зарядов с максимально удаленных друг от друга точек объёмной поверхности электрода и равноудаленных от второго электрода [общая электротехника с основами электроники. учебник для техникумов / в. а. гаврилюк, б. с. гершунский, а.в.

ковальчук - киев : вища школа. головное изд-во. 1980. - с. 10, 15,

44]. однако неизвестно, что равномерное распределение электрического поля при прохождении одного из полупериодов переменного электрического тока в электропроводной среде, может быть создано путем равномерного распределения одноименных зарядов, стекающих ' с цилиндрических фазных электродов, встроенных в фазные кольца, которые расположены соосно.

таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изoбpeтaтeльcкий ypoвeнь». покажем возможность, например, цилиндрического фазного электрода передавать электрические заряды с его поверхности для формирования равномерного электрического поля в заданном объеме электропроводной среды, основываясь на законе ома для всей цепи, законе кулона (силе взаимодействия двух зарядов) и первом законе кирхгофа.

основные положения, лежащие в основе изобретения. 1. движение электрических зарядов в проводниках происходит по поверхности [общая электротехника с основами

электроники. учебник для техникумов / в.а.гаврилюк,

б.с.гершунский, а.в.ковальчук - киев: вища школа. головное изд- во. 1980. - с. 10, 15,44].

2. истечение зарядо ^' в с поверхности (кромки) торца (это острые выступы - где наблюдается наибольшая плотность зарядов) электрода в начальный момент перехода в электропроводную среду имеет форму окружности (насыщенную одноименными электрическими зарядами).

затем эти окружности, заполненные электрическими зарядами под действием кулоновских сил - расширяются.

согласно закону взаимодействия двух точечных одноименных зарядов [там же]

F - -й % (!)

где F - сила взаимодействия двух зарядов, Qi и Q ₂ - величины зарядов, ε _aбc - абсолютная диэлектрическая проницаемость, / - расстояние между зарядами, происходит в электропроводной жидкой среде увеличение расстояния между зарядами. в каждый следующий момент времени при движении одноименных зарядов расстояние увеличивается. таким образом получается конусная поверхность, состоящая из потока одноименных электрических зарядов.

3. цилиндрические фазные электроды размещаются, например, на фазном кольце и подается фазное напряжение. тогда согласно первому закону кирхгофа [там же] : /i + / ₂ + + / _N = / ⁷ + 1 ²⁺ - + I ^M , (2)

где /] , I ₂ , + / _N - токи, входящие в узел, I ¹ , I ² , ... + I ^м - токи выходящие из узла.

4. все входящие цепи входных токов (I _\ + I ₂ + + / _N ) соединяются в один узел. при этом узел можно выполнить в виде окружности, а выходящие цепи, в виде набора стержней - цилиндрических фазных электродов, например, с плоскими цилиндрическими торцами,.

5. для создания равномерного электрического поля в заданном объеме электропроводной среды предлагается сжать конусные поверхности (путем изменения расстояния между фазными электродами, причем, используя закон кулона (I)), заполненные движущимися однополярными зарядами, набором фазных колец с увеличивающимися диаметрами (цилиндрические фазные электроды, расположены на одинаковом расстоянии друг от друга) и расположить их соосно, например, в одной плоскости.

6. учитывая расположение набора фазовых колец с одинаковым количеством цилиндрических фазных электродов, расположенных равномерно по окружности, необходимо на каждое кольцо с набором цилиндрических фазных электродов, ограничить токи, например, резисторами. объяснение связано с использованием законом ома для всей цепи. согласно закону ома (3)

I = U/ (R + г), (3)

/ - ток проходящий через электрод и электропроводную среду, U - напряжение подаваемое на кольцо с электродами, R - сопротивление электрода, г — сопротивление электропроводной среды.

7. расчетное обоснование ограничения входящего тока

(согласно формуле (3) закона ома) в фазные кольца при заданном количестве цилиндрических фазных электродов для создания равномерного электрического поля в заданном объеме электропроводной среде.

пример расчета величин сопротивлений, включаемых в электрическую цепь, состоящую из источника напряжения, электродов и электропроводной среды (например, для трех фазных колец). задаемся количеством цилиндрических фазных электродов на фазных кольцах: на первом фазном кольце расположено, например, 5 цилиндрических фазных электродов, на втором фазном кольце расположено, например, 10 цилиндрических фазных электродов, на третьем фазном кольце расположено, например, 15 цилиндрических фазных электродов. расстояние между цилиндрическими фазными электродами выбираем, например, 5 см.

тогда входящий ток для первого фазного кольца составит (согласно формуле (2) первого закона кирхгофа) 5 а (задавшись по одному амперу выходящего тока с каждого цилиндрического фазного электрода).

входящий ток для второго фазного кольца составит (согласно формуле (2) первого закона кирхгофа) 10 а (задавшись по одному амперу выходящего тока с каждого цилиндрического фазного электрода'). входящий ток на третьем фазном кольце составит (согласно формуле (2) первого закона кирхгофа) 15 а (задавшись по одному амперу выходящего тока с каждого цилиндрического фазного электрода).

при использовании источника питания равном 220 в (согласно формуле (3) закона ома) получаем для первого кольца добавочное сопротивление R _\ = 44 ом, R _{2 =} 22 ом, R ₃ = 15 ом. считаем, что сопротивление (г) электропроводящей среды величиной постоянной.

таким образом, создается возможность создания в заданном объеме электропроводной среды равномерного электрического поля путем сжатия конусных поверхностей, заполненных движущимися однополярными зарядами (согласно формуле (1) закона кулона), при условии набора фазных колец с увеличивающимися диаметрами (цилиндрические фазные электроды, расположены на одинаковом расстоянии друг от друга).

перечень чертежей на фиг. l изображена схема истечения зарядов в электропроводную среду с устройства, состоящего из трех фазных колец разного диаметра со встроенными фазными электродами. для наглядности фазные кольца расположены соосно, но смещены по оси.

предлагаемое устройство содержит: 1 - фазные кольца разного диаметра, 2 - цилиндрические фазные электроды, 3 - поток электронов истекающих в заданный объем электропроводной среды, 4 - нулевой электрод, выполненный в виде диска, 5 - зона равномерного распределения электрических зарядов в заданном объеме электропроводной среды, 6 - сопротивления, ограничивающий ток на кольца с электродами, 7 - источник напряжения.

пример осуществления способа

цилиндрические фазные электроды 2 расположены равномерно на нескольких фазных кольцах 1, как минимум трех, расположенных соосно. подают напряжение от источника 7 на все фазные кольца 1 с ограничением тока сопротивлениями 6 на каждом фазовом кольце 1.

подключают нулевую фазу к электроду 4 (фиг. l), выполненному в виде диска. происходит формирование конусной поверхности 3 из одноименных зарядов, растекающихся с торцов цилиндрических фазных электродов 2 через электропроводную среду в заданном объеме в направлении нулевого электрода 4, выполненного в виде диска. при этом происходит создание зон 5 равномерного распределения зарядов в заданном объеме электропроводной среды, расположенной между торцами цилиндрических фазных электродов 2 и нулевым электродом 4.