Моделирование беспроводной передачи электричества

Рассмотрим возможную модель беспроводной передачи электроэнергии через посредство волнового поля скалярного потенциала. Этот метод не требует никаких затрат энергии, поэтому эффективность передачи энергии не обсуждается. В качестве генератора скалярных волн используется система вертикальных металлических труб радиуса R, не имеющих прямого контакта с землей — рис. 2. В горизонтальном сечении трубы образуют решетку с шагом L. Система приводится в контакт с землей через прерыватель цепи с заданной частотой, аналогично тому, как это осуществляется в аппарте Тесла — рис 1. Такая система может быть частью конструкции высотного здания.

Поскольку земля обладает большим электрическим зарядом, то всякий изолированный проводник в поле земли приобретает электрический заряд, пропорциональный емкости проводника. При этом между землей и проводником возникает разность потенциалов. При возникновении же контакта проводника с землей проводник приобретает потенциал земли. Таким образом, потенциал каждого из проводников испытывает периодические колебания, что приводит к генерации волнового поля в пространстве между трубами — рис. 3−6.

Рис. 2. Система труб, образующих решетку с шагом .

На рис. 3 представлены варианты расчетов волнового поля, возникающего в системе труб при соотношении размеров и с характерным волновым числом колебаний. Из приведенных данных видно, что со временем происходит своеобразная накачка волнового поля с одновременным усложнением волновой структуры. Для стабилизации волнового поля в общем же случае можно предположить, что в системе существует вязкость, обусловленная рассеянием энергии волнового поля пропорционально. ток магнитный электрический атом На рис. 4 приведены расчеты волнового поля в системе с соотношением размеров и с волновым числом колебаний. В этом случае в системе должен наблюдаться резонанс, который подавляется вязкостью пропорциональной производной потенциала по времени с коэффициентом .

Рис. 3. Формирование волнового поля скалярного и векторного потенциалов в системе с шагом решетки, радиусом трубы и с характерным волновым числом; .

Рис. 4. Формирование волнового поля скалярного и векторного потенциалов в системе с. Характерное волновое число ;. На нижних рисунках показана развертка потенциала в двух сечениях: .

Если в системе с параметрами как на рис. 3 задать вязкость системы пропорциональную производной скалярного потенциала по времени с коэффициентом, то можно получить во всем объеме волновое поле, конфигурация которого сохраняется на протяжении 100 периодов — рис 5.

Отметим, что данные на рис. 3−6 получены с использованием стандартной процедуры решения волновых уравнений с периодическими граничными условиями, реализованной в системе Wolfram Mathematica 9.0 [20]. Потенциал на поверхности трубы моделировался эквивалентным однородным распределением плотности заряда по сечению трубы с амплитудой равной единице, изменяющейся по гармоническому закону:

(23).

Здесь .

Следовательно, данные на рис. 4−5 отражают реальное изменение потенциала в установленных единицах. Так, например, амплитуда колебаний потенциала на поверхности трубы в системе с параметрами как на рис. 3 достигает единицы за 10 периодов колебаний — рис. 6. Это означает, что можно рассматривать распределение потенциала во всей области относительно величины потенциала равной единице.

В случае возбуждения поля от внешнего источника тока, как в аппарате Тесла, потенциал трубы является управляемым параметром, что позволяет создать волновое поле с требуемыми свойствами. Такого рода системы беспроводной передачи электричества могут быть использованы для обеспечения питания беспроводных периферических устройств компьютеров, мобильной связи и т. п. в отдельных зданиях и в районах городов с большой плотностью населения. Действительно, колебания скалярного потенциала легко можно преобразовать в колебания напряжения в электрической цепи, используя, например, в качестве приемника устройство типа [17].

Приведенные примеры показывают, что метод беспроводной передачи электроэнергии, основанный на возбуждении колебаний скалярного потенциала в системе вертикальных труб, может быть использован в промышленных масштабах.

Рис. 5. Стабилизация волнового поля в системе с параметрами, ;. На средних рисунках показана развертка потенциала в двух сечениях: .

Рис. 6. Формирование волнового поля скалярного и векторного потенциалов в системе с шагом решетки и радиусом трубы: амплитуда потенциала в сечении трубы достигает значения 1 за 10 периодов колебаний (нижний правый рисунок). Волновое число; .

Возникает вопрос об эффективности такого метода передачи электроэнергии. Заметим, что этот вопрос имеет смысл только при использовании искусственных источников энергии, тогда как технически возможен вариант использования естественных источников энергии скалярных волн, как в приведенном выше примере. Действительно, наша планета сама по себе является источником скалярных волн, о чем свидетельствуют грозовые разряды. Кроме того, Земля находится в окружении других космических тел, включая Солнце, которые могут генерировать скалярные волны [20]. Освоение этого вида энергии может оказать большое влияние на развитие мировой экономики.