ТЕМА:

Синфазная интерференция электромагнитных волн и трансгенерация энергий.

Согласно классической электродинамике Максвелла и теории электромагнитных полей и волн, при интерференции волн в пространстве происходит не простое суммирование энергии волн, а более сложный процесс. В интерференционных максимумах интенсивность результирующей волны больше интенсивности падающих волн, а в интерференционным минимумах меньше их суммы. Под интенсивностью здесь понимается энергия электромагнитного поля.

При интерференции складываются и вычитаются амплитуды электромагнитного поля. А энергия поля пропорциональна квадрату амплитуды результирующего электромагнитного поля. W~A2. При сложении двух амплитуд энергия колебаний возрастает в четыре раза, а не просто складывается. При вычитании двух равных амплитуд энергия результирующих колебаний становится равной нулю. Закон сохранения энергии при интерференции локально нарушается, но в целом по большому объему пространства сложение и вычитание электромагнитных волн взаимно компенсируют дуг друга, и общая энергия - это сумма энергий всех интерферирующих волн.

Локально нарушение закона сохранения энергии происходит из-за того, что при сложении электромагнитных волн складываются не сами энергии волн, а только амплитуды (напряженности) электромагнитного поля. Энергия же суммарной волны пропорциональна квадрата результирующей амплитуды (напряженности E, H). Наглядный опыт: если взять две или три узконаправленные (например, рупорные) антенны и синфазно направить их на приемную антенну, подключенную к ваттметру, то мощность на приемной антенне возрастет не в 2 - 3 раза по сравнению с одной передающей антенной, а в 4 - 9 раз соответственно. Одно из условий опыта - антенны не должны влиять друг на друга через эфир или фидерную линию. Такие опыты автором ставились неоднократно. Вопрос, почему мощность на приемной антенне возрастает в 9, а не в три раза при трех передающих антеннах? Дело в том, что на приемной антенне в три раза возрастает наведенная ЭДС, а мощность пропорциональна квадрату ЭДС. P=E2/ RН, где Е - ЭДС, RН - сопротивление нагрузки. Поэтому мощность на приемной антенне возрастает в девять раз, а не в три раза, как можно было бы подумать. Обычная классическая интерференция является многофазной, - в разных областях пространства электромагнитные волны складываются в разных фазах, где-то складываются, где-то вычитаются. Поэтому в целом эти два эффекта взаимно компенсируют друг друга и приращения энергии не происходит. Однако есть так называемая синфазная интерференция, при которой происходить только сложение (синфазное) амплитуд электромагнитных волн в нагрузке. При этом в нагрузке генерируется дополнительная энергия в виде тепла или электрического тока.

Синфазная интерференция электромагнитных полей и волн происходит например, в резонаторах, - объемных, диэлектрических коаксиальных, а также при образовании стоячих волн в катушках (т.н. трансформаторы Тесла). При этом радиомагнитные волны складываются строго в фазе (синфазно) в резонаторе. Если рассмотреть переходный процесс в идеальном (без потери затухания) резонаторе, то обнаружится весьма интересный энергетический эффект. Амплитуды радиоволн вошедших в резонатор суммируются арифметически (без потерь), но энергия внутри резонатора пропорциональна квадрату амплитуды (напряженности) электромагнитного поля. Энергия же потреблённая резонатором во время переходного процесса растёт линейно. Так как амплитуда в резонаторе растёт линейно то энергия растёт квадратично, т.е. энергия внутри идеального (без затухания) резонатора растёт из-за не линейности значительно быстрее чем энергия потреблённая от генератора, через фидерную линию. Так как фидерная линия больше длинны радиоволны то генератор и резонатор полностью развязаны.

Эту энергетическую особенность резонаторов можно использовать в специальных устройствах с высокочастотным сбросом энергии из резонатора в нагрузку.

Разработан ряд схем, на них имеются патентные заявки Р.С.Т. Принцип действия хорошо демонстрируется и доказывается математически.

Рассмотрим опыт. В прямоугольном волноводе находится диэлектрическая нагрузка. В качестве нагрузки может быть вода. На эту диэлектрическую нагрузку с двух сторон падают две СВЧ - волны. Параметры нагрузки подобраны так, что две электромагнитные волны почти полностью поглощаются в нагрузке. Такая нагрузка называется согласованной. Размеры нагрузки так же подобранны так, что амплитуды электромагнитных волн перекрывают друг друга и складываются в нагрузке. Так как амплитуды складываются, а мощность пропорциональна квадрату амплитуды W(P) = E2/R = T2 R RН, Pm ~ E2 то мощность в нагрузке будет больше, чем просто сумма двух падающих электромагнитных волн на нагрузку с двух сторон. Например, при подаче с двух каналов мощности по W1,2 = 100 Вт, всего 100+100 = 200 Вт. В нагрузке при частично перекрытых амплитудах измерялась мощность в интервале от 200 до 400 Вт " 300 Вт в среднем, при частотах от 2-104 Hz в разных волноводах fn= 2-104 Hz Мощность в нагрузке превышала мощность падающую на нагрузку с 2-х сторон в 1,5-2 раза. Этот результат является следствием синфазной интерференции СВЧ волн (SHF) в фидерной линии. В качестве фидерной линии может быть волновод: полосковая или коаксиальная линия и даже двухпроводная линия.

В любой из этих фидерных линий физические процессы происходят по одинаковым закономерностям. Например, две вечно бегущие электромагнитные волны образуют стоячую электромагнитную волну. В стоячей электромагнитной волне амплитуды прямой и встречной электромагнитной волны складываются, если они равны, то напряженность электрического и магнитного поля удваивается. E1,2=E1+E2 и Н1,2=Н1+Н2 Н0 электромагнитная мощность бегущей и стоячей электромагнитной волны пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля: Р~Е2, в прямоугольном волноводе для волны СВЧ Н10 мощность электромагнитной волны определяется формулой: Рср= Е0*a*b/4*Zc*(1-[Л/2a]**2)**1/2, где a и b размеры волновода, Z - импеданс фидера, Л- длина волны СВЧ, где Е0 - амплитудное значение напряжённости электрического поля, ** - возведение в степень. Итак видно, что при сложении двух встречно-бегущих электромагнитных волн мощность результирующей электромагнитной волны увеличивается в четыре раза. Это приводит к тому, что электрический пробой в фидерных линиях происходит по неаддитивному энергетическому закону. Например, при длине волны l=30см в прямоугольном волноводе (воздушное заполнение) электрический пробой должен происходить при предельной мощности: Рпред=112МВт. Но пробой происходит и тогда, когда мощность Р=28МВт отражается от конца фидерной линии. В сумме мощность прямой волны Рпр=28МВт и отражённой Ротр=28МВт, что в сумме составляет всего Рпр+Ротр=56МВт, что явно недостаточно для электрического пробоя. Но из-за того, что энергия электромагнитных полей и волн неаддитивная, мощность прямой и обратной волны не складываются арифметически, а учетверяются, то происходит увеличение мощности результирующей электромагнитной волны до Р=112МВт. Это доказывает, что энергия электромагнитного поля и волн не складываются просто арифметически, по закону сохранения энергии.

Соответствует ли это теории электромагнитного поля? Рассмотрим возможность этого на простой физической модели. Есть три объема электромагнитного поля.

Условно будет считать энергию каждого объёма (кубика) W=1Дж. Всего три объёма по 1Дж. Всего имеет W=1+1+1=3Дж. Итак, начальная энергия W=3Дж. Теперь сложим все три объёма электромагнитного поля в один объём так, что вектора электромагнитного поля сложились в один объём синфазно. В таком случае напряжённость электромагнитного поля возрастёт в три раза, а объём поля уменьшится в 3 раза. Постоянное или переменное электромагнитное поле не имеет значение. Напряжённость электромагнитного поля возросла при сложении полей в три раза. Энергия поля определяется формулой: W=V0*w=(V0*Е**2)*e0/2=V0*(Н**2)*р/2, где W - энергия электромагнитного поля V0 - объём поля, w - объёмная плотность энергии электромагнитного поля. w0=(Е**2)*e0/2=(H**2)*m0/2.

Как уже говорилось, объем поля уменьшился в три раза, а объемная плотность энергии возросла в 9 раз. В результате получаем, что полная энергия получившегося электромагнитного поля возросла в три раза и составляет 9 Дж, а не 3 Дж. Это в три раза превышает первоначальный запас энергии. Как видно, сложение электромагнитных полей приводит к появлению дополнительной энергии поля. Это логически следует из того, что энергия электромагнитного поля - неаддитивная величина. Поэтому при сложении электромагнитных полей и волн складываются напряженности электромагнитного поля, а не энергии полей. Это справедливо как для волн, так и для постоянных полей. К примеру, если взять три плоских дисковых магнита, каждый - энергией магнитного поля в 1 Дж, и сложить их в плоскую стопку, то магнитные поля магнитов сложатся, и напряженность магнитного поля возрастет в три раза, а энергия магнитного поля - в девять раз. Если такую стопку размагнитить, то магнитная энергия может перейти в контур, охватывающий магнит, при этом энергии выделится в три раза больше, чем было затрачено на намагничивание трех магнитов по отдельности, до соединения. Такой результат не противоречит теории поля, так как энергии полей не складываются арифметически, и закон сохранения энергии в арифметической (аддитивной) форме к электромагнитному и волнам неприменим в принципе.

Получены экспериментальные доказательства возможности получения энергии за счет сложения электромагнитных полей и волн на нагрузке. Разработано более тридцати схем устройств. На изобретение имеются заявки на патенты, в том числе и заявки РСТ. Возможна разработка устройств для получения дополнительной энергии, например, нагрева воды и пр. теплоносителей, а также для преобразования энергии СВЧ-волн в постоянный ток и пр.