Вращение электрической дуги

 

Статья посвящена описанию и исследованию открытых автором статьи экспериментально в 2005 году новых физических явлений выдувания и вращения электрической дуги, в постоянном магнитном поле кольцевого постоянного магнита. Проделана серия опытов с различными электрическими дугами на постоянном, переменном и однополярном импульсном токах, помещенных в магнитное поле кольцевых и дисковых постоянных магнитов. с осевой намагниченностью. Рассматриваются результаты этих экспериментов, и на их основе делается попытка физического объяснения обнаруженных явлений. Предложены различные полезные устройства на основе использования данных физических явлений.

Вращение электрической дуги

ЯВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ И ВЫТАЛКИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО МАГНИТА

Введение

Электрическая дуга крайне широко применяется в технике во всем мире. Наиболее ее широкое применение в электротехнологиях для сварки и резки металлов. 2002 год явился годом двух юбилеев: 200-летия со дня открытия электрической дуги и160-летия со дня рождения изобретателя сварки Н.Н.Бернардоса. В 1802 году русский ученый В.В.Петров впервые предложил использовать электрическую дугу для плавления металлов. В 1881 году талантливый русский инженер Н.Н.Бернардос предложил электрическую сварку как способ использования электрической дуги для “соединения и разъединения металлов”. До конца физика и природа электрической дуги , например, импульсной , еще далеко не постигнуты. Но из истории науки, известно, что детальное изучение спектрального состава электрического разряда в газах и электрической дуги в конечном итоге уже привело ученых к теории строения атома.

Но все ли мы знаем о электрической дуге? Каково, например, силовое взаимодействие электрической дуги с магнитным полем постоянных магнитов? Тут еще много неясного и таинственного. Мною открыты в опытах новые явления перемещения электродуги в магнитном поле постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью. В частности, конусное вращение электрической дуги. Об этих экспериментальных открытиях и новых знаниях об электрической дуге и повествует вкратце данная статья.

Влияние магнитного поля кольцевого и дискового постоянного магнита на электрическую дугу

Это влияние, как показали опыты, весьма разнообразное и отражается в целом в виде перемещений электрической дуги по отношению к положению магнита, в зависимости от взаимного расположения дуги и магнита, причем перемещается она по-разному и совершенно различными способами, вплоть до ее вращения внутри кольцевого магнита.

Явление выталкивания (выдувание) электрической дуги магнитным полем кольцевого постоянного магнита

Вначале рассмотрим явление выталкивания-«выдувания» электрической дуги магнитным полем дугового постоянного магнита. Опытная установка по изучению этого явления состоит из дугового постоянного магнита 1, двух электродов 2,3 и источника напряжения (не показан на рисунке). В моих опытах по изучению взаимодействия Эл дуги с магнитным полем дугового постоянного магнита экспериментально обнаружено, что электрическая дуга постоянного тока выдувается магнитным полем в определенную сторону по отношению в зависимости от направления электрического тока в дуге, причем это ее выталкивание (выдувание) происходит в плоскости постоянного магнита и тем заметнее, чем сильнее магнит и сила тока в дуге (рис.1). В случае электрической дуги постоянного тока и электрической дуги, образованной однополярными импульсами высокого напряжения возле дугового или кольцевого постоянного магнита с осевой намагниченностью-такое магнито-электрическое выдувание электродуги из магнитного поля такого ПМ – одностороннее. Причем направление выдувания этой эл.дути определяется силой Ампера и меняется на противоположное при реверсе направления эл тока в дуге или при развороте на 180 град плоскости самого постоянного магнита .

Электрическая дуга переменного тока выдувается постоянным магнитным полем кольцевого ПМ поочередно в обе стороны, дважды за период. Причем в процессе этого выдувания дуги она расщепляется и образуется веер вторичных электрических дуг и возникает эффект ее звукового характерного гудения. Отметим, что в зависимости от параметров дуги и ПМ выдувание дуги может сопровождаться и ее гашением.

Рис.1 Выдувание (выдавливание) электродуги постоянным магнитным полем ПМ

Определения:

1.Дуговой ПМ;
2,3 – электроды;
4- электрическая дуга;
5 Кольцевой ПМ с осевой намагниченностью – вариант опыта В;
А — дуга постоянного тока;
Б — дуга переменного тока;
В — импульсная эл дуга;

Явление вращения импульсной электрической дуги в постоянном магнитном поле постоянного магнита с осевой намагниченностью

Первая в мире электрическая машина была изобретена знаменитым ученым М.Фарадеем в 1831 году, на основе его известного опытного открытия — вращения ртути, в магнитном поле, через которую пропускался электрический ток, в плоскости перпендикулярной магнитным силовым линиям постоянного магнита.

Эта первая электрическая машина являлась по существу простейшей униполярной электрической машиной, в которой магнит приводил во вращение проводник с током, причем функцию проводника — ротора выполняла сама ртуть. Возникает закономерный вопрос об аналогии.

А будет ли вращаться электрическая дуга в постоянном магнитном поле постоянного магнита ? И если да – то какая наиболее простая конструкция и электрическая схема такой установки?

Об этом ниже в данной статье. Импульсная электрическая дуга до сих пор практически не исследована.

До недавнего времени явление вращения импульсной электродуги, образованной от однополярных высоковольтных импульсов в постоянном магнитном поле постоянного кольцевого магнита ПМ с осевой намагниченностью и в воздухе — было неизвестно.

Впервые этот эффект вращения такой импульсной электрической дуги открыт мною в опытах в 2003 г. После этого первого моего опыта с вращением электрической дуги, в частности в виде конуса, образованной высоковольтными импульсами напряжения с определенной частотой и скважностью в кольцевом ПМ, данные опыты повторяли и некоторые мои соратники, в частности, Писковатсков А.И.

С 2003 г. у меня накопился уже достаточно солидный экспериментальный материал по изучению этих явлений и в данной статье я привожу наиболее интересные его результаты. Ниже приведены фото разных экспериментов по опытному изучению этого явления. Так в чем же суть физики этого явления вращения этой дуги в поле ПМ и что такое вращающаяся дуга??? Попробуем вместе разобраться в причинах этого необычного явления вращательном движении импульсной электрической дуги в поле кольцевого магнита ПМ.

Ниже на рис. 2,3. приведены поясняющие иллюстрации к опытной установке и проведенным на ней опытам с перемещением вращением электрической дуги и по объяснению физики вращения электрической дуги в поле постоянного магнита.

На рис. 4 приведена в упрощенном виде реальная конструкция простейшей опытной установки для изучения явления вращения дуги в магнитном поле ПМ.

На рис.5 приведена типовая принципиальная электронная схема автогенератора электрических импульсов 10 кВ 6 кГц.

На рис. 6-9 приведены фото опытов с вращением электрической дуги в магнитном поле круглых постоянных магнитов с осевой намагниченностью.

На рис. 10, 11 приведена конструкция магнитной свечи зажигания с вращением эл искры.

Рис.2 К объяснению явления вращения импульсной эл дуги в поле кольцевого ПМ

Определение:

Постоянный кольцевой магнит 1 (показан в разрезе); Металлическое – например — медное кольцо – второй электрод 2; Центральный электрод – 3; Источник постоянного напряжения 4 (=30 кв ); Эл дуга 5; Стрелкой обозначено направление вращения Эл.дуги постоянного тока; А, Б – реверс направления вращения Эл дуги при перевороте кольцевого постоянного магнита на 180 градусов. Реверс направления вращения Эл дуги наступает также при смене полярности постоянного напряжения на электродах 2,3 от источника 4. Скорость вращения Эл дуги при прочих неизменных параметрах конструкции и эл части зависит от напряженности магнитного поля ПМ и она тем больше чем выше напряженность магнитного поля. Скорость вращения Эл дуги также зависит и от величины напряжения источника питания и она тем выше, чем больше это напряжение по величине.

Физическая сущность явления вытеснения и вращения электрической дуги в магнитном поле кольцевого постоянного магнита

Электрическую дугу, размещенную в магнитом поле ПМ, вероятно, движет и вращает именно поперечная электромагнитная сила Ампера. Скорее всего, и в импульсной электрической дуге происходит именно это силовое взаимодействие дуги с магнитным полем. Вполне правильно считать, что магнитное поле ПМ просто отклоняет электроны и ионы электрической дуги в поперечную сторону — электродинамической силой Ампера в поперечном направлении по отношению к направлению тока и силовых магнитных линий ПМ — что и заставляет эл дугу перемещаться (вращаться)

Варианты траектории и направления перемещения электрической дуги в магнитном поле ПМ

В зависимости от взаимного расположения дуги и ПМ возможны разные варианты этого перемещения дуги в поле кольцевого постоянного ПМ с осевой намагниченностью.

Линейное перемещение импульсной электродуги (выдувание ее из ПМ) зафиксировано в опытах при расположении электродов и траектории электродуги за пределами постоянных кольцевых магнитов.

Вращение электрической дуги.. В случае совмещения центра вращения кольцевого ПМ и центрального электрода, или если один из электродов размещен коаксиальной с осью вращения кольцевого магнита, а второй – кольцевой, то возникает вращение электродуги с определенным направлением ее вращения.

Траектории вращения электродуги в магнитном поле кольцевого ПМ . Нашими опытами доказано, что если центр вращения плоского кольцевого магнита совпадает в плоскости с торцом центрального электрода, то вращение электрической дуги — круговое. Если центр вращения кольцевого ПМ не совпадает с рабочим торцом центрального электрода, причем центральный электрод удален от плоскости кольцевого ПМ, то возникает конус вращения электрической дуги с основанием конуса на кольцевом электроде и вершиной конуса на центральном электроде.

Направление перемещения и вращения импульсной эл дуги в магнитном поле кольцевого ПМ с осевой намагниченностью. Силовое взаимодействие тока дуги с магнитным полем ПМ и перемещение электрической дуги обусловлено силой Ампера и осуществляется по известному в электромеханике «правилу левой руки» и чем-то напоминает перемещение проводника в магнитном поле.

Как показывают опыты, на перемещение дуги в частности, на направления вращения дуги указывает большой палец левой руки при условии что сама ладонь остальными пальцами показывает направление протекания эл тока от плюса к минусу, а силовые магнитные линии от ПМ входят в эту ладонь с открытой ее стороны.

Вероятно, суммарная энергия вращающейся эл дуги с учетом ее кинетической энергии вращения при ее вращении в магнитном постоянном поле — даже возрастает по сравнению с обычной электродугой за счет этой прибавки кинетической энергии от магнитного поля.

Скорость вращения дуги зависит не только от частоты импульсов и величины тока в дуге, и величины магнитной индукции ПМ в рабочем зазоре между электродами, но и от баланса движущей силы Ампера и силы аэродинамического сопротивления воздуха действующих на дуговой столб. С разряжением воздуха в рабочей зоне дуги скорость вращения эл дуги возрастает при прочих неизменных параметрах установки.

Отметим, что размеры кольцевого постоянного магнита для возникновения данного эффекта вращения эл дуги не имеют преобладающего значения. Для начала ее вращения важно лишь условие совпадения оси вращения магнита и центрального электрода и обеспечения величины рабочего зазора между центральным электродом и вторым кольцевым электродом и параметров источника электрических импульсов, достаточных для возникновения и протекания электрической дуги между ними.

Рис.3 Конусное вращение электрической дуги над дисковым постоянным магнитом

Рис.4 Конструкция простейшей опытной установки для изучения явления вращения дуги в поле ПМ

Рис.5 Электронная схема автогенератора электрических импульсов 10 кВ 6 кГц

Рис.6 Фото вращение электрической дуги в плоскости кольцевого постоянного магнита при подаче модулированной пачки высоковольтных импульсов напряжения на электроды

Обозначения:

1. Кольцевой постоянным магнит;
2. центральный электрод;
3. вращение дуги; Магнит ферритовый. Импульсы напряжения – на электроды на частоте 6 кГц, амплитуда импульсов 10 кВ, скважность — 120 угловых градусов.

На фото рис.6 отчетливо видны отдельные эл дуги, образованные в зазоре меду электродами, от каждого электрического импульса и виден сектор бегущей плазмы дуги в ПМ, обусловленный модуляцией пачки импульсов в 120 градусов, и занимающий примерно одну треть поверхности внутри кольцевого ПМ Т.е. по существу таким образом можно получать вращение плазмы и вращающееся электромагнитное поле.

Рис.7 Фото вращения электрической дуги при непрерывной подаче эл. импульсов 

Две электрические дуги с противоположным направлением вращения в кольцевом и дисковом ПМ

Ранее мною была также проведенная серия опытов с вращением электрической дуги переменного тока с различной частотой в кольцевом и дисковом магнитах ПМ Зафиксирован эффект «гребенки» — обнаружено в опытах возникновения и вращения в противоположные стороны сразу двух электрических дуг — от прямой и обратной полуволн тока за период переменного питающего напряжения с образованием более плотной суммарной холодной плазмы вращения двух дуг внутри кольцевого ПМ или в конусе вращения вокруг дискового неодимового ПМ (рис. 9)

Анализ некоторых результатов опытов по изучению явления вращения эл. дуги в поле ПМ

Опыты показывают, что скорость вращения дуги зависит не только от частоты импульсов и величины тока в дуге, и величины магнитной индукции ПМ в рабочем зазоре между электродами, но и от баланса движущей силы Ампера и силы аэродинамического сопротивления воздуха действующих на дуговой столб.

Были проведены также опыты по изучению явления дуги в поле ПМ в разряженной атмосфере Выяснилось, в частности, нелинейное влияние вакуумирования на поведение во вращении электрической дуги .Эти исследования необходимо продолжить.

Рис.9 Фото магнитного эффекта конусного вращения электрической дуги 3 конусом на электропроводящий дисковый постоянный магнит при несовпадении плоскости кольцевого постоянного магнита 1 с центральным электродом 2

Магнит — дисковый сплав неодима. Диаметры ПМ: внешний 60 мм и внутренний 20 мм. Расстояние центрального электрода 2 от дискового ПМ – 10 мм. В качестве второго электрода использован сам ПМ электропроводящим хромовым покрытием. Параметры электрических импульсов 10 кВ , 6 кГц.

Полезные применения открытых явлений вращения электрической дуги в магнитном поле постоянного круглого магнита

Открытые новые электромеханические явления различных перемещений электрической дуги в магнитном поле круглых ПМ с осевой намагниченностью, и устройства для их осуществления, особенно эффект вращения электрической дуги могут быть с успехом применены в различных сферах. Например, в сфере образования и в сфере техники.

В сфере образования они могут быть с успехом применены в качестве наглядных демонстрационных пособий по физике и электротехнике в учебных заведениях разного уровня. Они могут быть также широко применены и в металлообработке и в энергетике, например, в перспективных электромагнитотехнологиях с применением электрической дуги и в новейших устройствах широкого спроса, в частности в магнитных свечах зажигания для ДВС автотранспорта, в котельных установках, в комбинированных магнитных свечах-форсунках, в миниплазматронах нового поколения, а также для различных электрогидроударных (ЭГД) — технологий и ЭГД-установок, например, для электрогидроударных двигателей, работающих от воды и на воде, и в альтернативной энергетике , например для ультрасовременных малозатратных водородных технологиях импульсной электромагнитной диссоциации воды на Н2 и О2, и прочее. Эти открытия однозначно являются значимой вехой развития в науках о электричестве, магнетизме и прикладных науках, в частности, применимых и в электротехнологиях нового поколения.

МАГНИТНАЯ СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ С ВРАЩЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

Ниже на простом примере покажем применение открытого явления вращения электрической импульсной дуги в новой магнитной свече зажигания. Приведем упрощенную конструкцию магнитной свечи зажигания для тепловых моторов. На рис.10, показаны упрощенная конструкция магнитной свечи зажигания для ДВС с внешним постоянным магнитом и на рис.11 — приведена ее упрощенная изометрия.

Обозначения к рис. 10,11:

1.центральный электрод магнитной свечи зажигания
2.острие центрального электрода из жаростойкой стали (победит)
3. электрический изолятор
4.ввертная часть свечи
5 второй кольцевой электрод
6. упорная шляпка свечи
7. постоянный магнит
8.магнитный концентратор – стальная пластина (8-1-наворачивается на вертикальный стандартный наконечник свечи)
9. боковой отвод – наконечник для подсоединения +30 кВ
10.эл. свеча с сборе
11.корпус двигателя (немагнитный )
12.блок высокого напряжения (=30 кВ)
13.вращающаяся электрическая дуга
14.магнитное пространство внутри кольцевого ПМ для вращения эл .дуги между центральным и втором кольцевом электродами
1.центральный электрод магнитной свечи зажигания
2.острие центрального электрода из жаростойкой стали (победит)
3. электрический изолятор
4.ввертная часть свечи
5 второй кольцевой электрод
6. упорная шляпка свечи
7. постоянный магнит
8.магнитный концентратор – стальная пластина (8-1-наворачивается на вертикальный стандартный наконечник свечи)
9. боковой отвод – наконечник для подсоединения +30 кВ
10.эл. свеча с сборе
11.корпус двигателя (немагнитный )
12.блок высокого напряжения (=30 кВ)
13.вращающаяся электрическая дуга
14.магнитное пространство внутри кольцевого ПМ для вращения эл .дуги между центральным и втором кольцевом электродами

Выводы

1. Экспериментально обнаружено явление выдавливания(выдувание ) электрической дуги магнитным полем постоянного магнита (ПМ) с осевой намагниченностью. Этот эффект протекает несколько различно в зависимости от параметров электрической дуги и ПМ.

2. Экспериментально обнаружено явление вращения электрической дуги в магнитном поле постоянного магнита (ПМ) с осевой намагниченностью. Этот эффект протекает несколько различно в зависимости от параметров электрической дуги и вида ПМи сопровождается акустическим и электромагнитным шумом, зависящем от параметров дуги и параметров круговых постоянных магнитов.

3. Экспериментально обнаружено конусное вращение электрической дуги в поле постоянного магнита, выполненного в виде кольца или диска с осоевой намагниченностью Причем при несовпадении плоскости постоянного магнита с кольцевым электродом и центрального электрода возникает конус вращения электрической дуги, а при совпадении – возникает круговое вращение электрической дуги как на постоянном токе, так и при однополярных импульсах напряжения , подаваемого на эти электроды.

4. Скорость вращения электрической дуги в поле круглого постоянного магнита пропорциональна величине тока и напряженности магнитного поля ПМ.

5. Электрическая дуга переменного тока образует в круглом постоянном магните с осевой намагниченностью сразу два вращающихся сектора плазмы, причем в разные стороны.

6. Выдувание электрической дуги постоянного тока в поле ПМ происходит в одну сторону, электрической дуги переменного тока — в две противоположны стороны. Это магнитное выдувание электрической дуги происходит с образованием меандров (расслоения ) дуги и с возникновением характерного шума — акустического звучания дуги.

7. С повышении напряженности магнитного поля круглого магнита эффект выдувания электрической дуги переходит в новый эффект ее импульсного электромагнитного гашения. Это явление может быть с успехом использовано в электросварочных технологиях.

8. В поведение вращающейся электрической дуги в поле постоянного круглого магнита, имеются существенные парадоксальные особенности и закономерности, в зависимости от степени разреженности атмосферы воздуха, не укладывающиеся в привычные представлении о аэродинамическом торможении дуги и взаимодействии ее с атмосферой.

9. Открытые эффекты движения эл дуги наблюдаются и в электромагнитном постоянном поле, образованном соленоидами, причем тем сильнее, чем выше их магнитная индукция.

10. Наиболее широкое применение, по-видимому, найдет явление вращения электрической дуги в магнитном поле. Например, в магнитных свечах зажигания для электроискровых ДВС автотранспорта., а также, в теплоэнергетике, например в магнитных горелках нового поколения, в магнитных плазматронах и прочее.

11. Открытые физические явления имеют большое значение для гносеологии, науки и техники, а также для различных прикладных наук, в частности, для электротехнологий.

Заключение

Проведенные экспериментальные исследования поведения электрической дуги в постоянном магнитном поле круглых постоянных магнитов привели к обнаружению нескольких новых явлений открытий и появлению пионерских изобретений на их основе.

Открытые физические явления имеют большое значение для гносеологии, науки и техники, а также для различных прикладных наук, в частности, для электротехнологий. Без сомнения, в скором времени, данные экспериментальные открытия будут широко применены в различных новых технологиях, в частности, в электротехнологиях, моторостроении, и в теплоэнергетике.

Литература

1. Дудышев В.Д. Методы преобразования энергии электрогидравлического улара и кавитации жидкости в тепло и иные виды энергии – «Новая Энергетика», январь, №1(20). 2005 г.
2. Дудышев В.Д. Новые методы извлечения и полезного использования внутренней энергии веществ -– «Новая Энергетика», январь,№1(20). 2005 г.
3. Дудышев В.Д. Революционные открытия, изобретения и технологии для решения глобальной энергетической проблемы – «Новая Энергетика», январь, №1(20). 2005 г.

Дата: 04.12.2007 г.
Автор: Валерий Дудышев
Правила републикации материала

Реклама

~ от energy21x на Март 27, 2010.

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

w

Connecting to %s

 
%d такие блоггеры, как: