Новости науки в области альтернативной энергетики и передовых аэрокосмических систем
 Скачать 2.62 Mb.
|
|
www.firewood.net.ru 56 Канарёв Ф.М. , Россия Кубанский госагроуниверситет, 350044 Краснодар, ул. Калинина 13 E-mail: kanphil@mail.kuban.ru Понятие «Глобальная энергия» получило широкое применение в последнее время в связи с введением в России премии, связанной с разработками в данной области. В науке давно, еще со времен Евклида, существует неписаное правило: давать определения понятиям, которые вовлекаются в научный анализ. Делается это для того, чтобы все, кто пользуется этим понятием, понимали смысл, который в нем заложен. Проблемы Глобальной энергии хорошо известны и обсуждаются давно. Первая из них – исчерпаемость природных энергоносителей: нефти, газа, угля. Вторая – экологическая безопасность энергоносителей. Общепризнано, что решение вопросов, связанных с совокупностью этих двух проблем, носит глобальный характер. Отсюда и следуют результаты научных исследований, которые должны относиться к Глобальной энергии. Это, в первую очередь, научные исследования, в результате которых появляется возможность использовать неисчерпаемый и экологически чистый энергоноситель. Он давно известен. Это водород, получаемый из воды. Почему водород и почему из воды? Это связано с тем, что при сжигании водорода вновь образуется вода, и таким образом энергоноситель оказывается неисчерпаемым. По неисчерпаемости и экологической безопасности у водорода нет конкурентов. Однако реализация этих качеств сдерживается большими энергозатратами на получение водорода из воды. Самые современные электролизеры расходуют на получение водорода из воды на 10-20% энергии больше, чем получается при сжигании водорода. Нетрудно представить, какие финансовые и интеллектуальные мировые ресурсы включены в поиск способов снижения затрат энергии на получение водорода из воды. В России этой проблемой занимаются многие научные учреждения отраслевой науки, а также учебные заведения. Существует научно- исследовательский водородный институт. В США и Европе созданы ассоциации ученых по водородной энергетике. В этом году они проводят свои очередные научные конференции, на которые был приглашен и автор этой статьи. В сб. Фундаментальные проблемы естествознания. Серия «Проблемы исследования Вселенной», вып. 21. -СПб: РАН, 1999, с. 176-176. 4. Мишин А.М. Физика параллельных миров. В сб. Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Серия «Проблемы исследования Вселенной», вып. 23.- СПб: Изд-во СПбГУ, 2001, с. 258-269. 5. Мишин А.М. Основной закон эфиродинамики. В сб. Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Серия «Проблемы исследования Вселенной», вып. 26, ч. III.- СПб: Изд-во СПбГУ, 2003, с. 206-218. 6. Мишин А.М. Физическая система с искусственным биополем. В сб. Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Серия «Проблемы исследования Вселенной», вып. 23,- СПб: Изд-во СПбГУ, 2001, с. 258-269. 7. Золотарев В.Ф., Рощин В.В., Годин С.М. О структуре пространства-времени и некоторых взаимодействиях. - М.: Изд-во «ПРЕСТ», 2000.- 309 с. 8. Старр В. Физика явлений с отрицательной вязкостью. - М.: МИР, 1971. 9. Квартальнов В.В., Перевозчиков Н.Т. Открытие «нефизической» компоненты излучения ОКГ. Журнал «Парапсихология и психофизика». - М.: 1999, № 2 (28), с. 64-67. 10. Мишин А.М. Продольный термомагнитный эффект. В сб. Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Серия «Проблемы исследования Вселенной», вып. 26, ч. III.- СПб: Изд-во СПбГУ, 2003, с. 219-228. Ефимов А.А., Шпитальная А.Д., Заколдаев Ю.А. Эруптивные протуберанцы и землетрясения с точки зрения глобальной анизотропии пространства. В сб. «Новые идеи в естествознании». Серия «Проблемы исследования Вселенной», вып. 19, ч. II. - СПб: РАН, 1996, с. 403-413 ????????: ?? ?????? ????????, ??? ??? ????????????? ??????? ????? ??????? ?????? «?????????? ???????», ??? ??? ??? ?????????? ????? ???????????? ??????? «????????? ???????». ?????? ???????? ???????? ???? ??????????? ?????????? ????????????? ??????? ????????????. www.firewood.net.ru 57 Глобальность энергетической проблемы следует сейчас не из исчерпаемости нефти и газа, а из их экологической опасности. Однако уже существуют доказательства того, что мировых владельцев энергоресурсов мало волнует проблема экологической опасности современных энергоносителей. В истории науки уже зафиксированы факты уничтожения ученых, добивавшихся значительных успехов в снижении затрат энергии на получение водорода из воды. Заказчикам этих акций кажется, что с приходом водородной энергетики они потеряют прибыли. Они не понимают того, что этот приход не может быть мгновенным. Нельзя за год или даже десять лет заменить энергетическую инфраструктуру существующих энергоносителей на инфраструктуру водородной энергетики. Кроме того, инфраструктура водородной энергетики будет создаваться не на пустом месте. Она будет постепенно интегрироваться в существующую инфраструктуру энергетики, и её владельцы автоматически станут владельцами водородной энергетики. В этом направлении уже сделан первый шаг. В США принято решение оснастить все заправочные станции колонками для заправки автомобилей водородом. Известно, что приоритетом результатов теоретических исследований является публикация их в открытой печати. Такой приоритет обычно бывает персональным. Приоритетом результатов экспериментальных исследований обычно является патент, который, как правило, принадлежит группе авторов. Опубликованный патент – это джин, выпущенный из бутылки. Никакие ухищрения авторов затруднить воспроизведение экспериментальных данных, представленных в патенте, без участия авторов, не остановят процесс их реализации. Таким образом, автор или группа авторов, подавших заявку на патент, автоматически лишаются возможности влиять на процесс практической реализации своих идей. В России главным патентовладельцем глобальных патентов является государство, которое в силу известных причин оказалось неспособным контролировать ход научных исследований и прогнозировать значимость их результатов. Известно, что при пятикратном уменьшении затрат энергии на получение водорода из воды он становится самым дешевым энергоносителем. Россия уже владеет технологией, уменьшающей эти затраты в десять и более раз. Однако, более перспективным является другое направление. Зачем разлагать воду на водород и кислород, а потом использовать водород в качестве топлива для нагревания, например, воды в отопительных системах? А нельзя ли заставить воду самогенерировать тепло? Оказывается можно. В России уже три фирмы «Юсмар», «Термовихрь» и «Нотека» продают кавитационное нагревательное оборудование с показателем энергетической эффективности до 150%. Официальная наука на эту деятельность смотрит косо, так как такие результаты противоречат одному из основных законов физики – закону сохранения энергии. Но рыночная выгода оказывается сильнее этого закона. Между тем, инженерной практикой уже доказано, что в вентиляционных системах и в системах кавитации воды генерируется дополнительная энергия в виде тепла. Глубокий научный анализ этой проблемы показывает, что наиболее вероятным источником дополнительной энергии в системах вентиляции и кавитации воды является физический вакуум. Валентные электроны разрушенных молекул воды забирают из него энергию и выделяют ее при повторном синтезе этих молекул. Почему дополнительная энергия генерируется в воздушных системах вентиляции и в системах кавитации воды? Потому что это – механические системы, а на механическое разрушение химических связей молекул требуется в два раза меньше энергии, чем на термическое разрушение этих связей. Это главная причина, в силу которой не удается повысить показатель энергетической эффективности кавитационных процессов свыше 200%. Конечно, повышение эффективности какого-то процесса на 30-50% - хороший результат, и если он имеется, то можно получит и лучший. А что если разрушать молекулы воды не механическим путем, а электродинамическим? В этом случае появляется возможность найти резонансные частоты воздействия на молекулы и таким образом значительно уменьшить затраты электрической энергии на их разрушение. Последующий синтез разрушенных молекул неминуемо выделит положенное количество энергии. Простая идея, и она уже реализована. Электрическая энергия при электродинамическом воздействии на молекулы воды преобразуется в тепловую энергию с десятикратным показателем энергетической эффективности. Это значит, что затратив 1 кВтч электрической энергии мы получаем 10 кВтч тепловой. Конечно, чтобы получить такие результаты, надо владеть знаниями по физхимии микромира, которые уже опубликованы. Более 1000 иностранных ученых ежемесячно знакомятся с этими знаниями по адресам: http://Kanarev.innoplaza.net, http://book.physchemistry.innoplaza.net. Русскоязычные читатели могут познакомиться с этой информацией по адресам: http://www.n-t.org/tp/ns/if.htm, http://www.ikar.udm.ru/sb28-2.htm, http://www.n-t.org/tp/ts/eb.htm. Надеюсь, что теперь читатели будут знать суть понятий «Глобальная энергия» и понимать те результаты научных исследований, которые действительно решают ее проблемы. www.firewood.net.ru 58 ? ?????? ?????????? ??????? ????????? ?????????????? ??????? ??? ???????????? ??????????? ?????? ? ????????? ??????? ??????? ?????????, ???????? ? ????, ????? ????, ??????????? ???????? ???? ???????. ???????? Инженерная практика по обслуживанию вентиляционных систем позволяет обнаружить появление избыточной тепловой энергии в циркулирующем воздухе. Аналогичное явление зафиксировано и в системах циркуляции воды с устройствами для ее активной кавитации. Результаты наших исследований не только объясняют причину этих явлений, но и позволяют делать количественные расчеты энергетических процессов, генерирующих дополнительную тепловую энергию [1], [2], [3], [4], [5]. Т Т Т Т Теоре еоре еоре еоре еоретическая часть тическая часть тическая часть тическая часть тическая часть Атом кислорода – восьмой элемент периодической таблицы химических элементов, расположенный в ее шестой группе. Структура его ядра показана на Рис. 1 [1], [2], [3]. Рис. 1 Схема ядра атома кислорода: светлые – протоны, темные и серые – нейтроны На Рис. 2 представлена схема атома кислорода, следующая из структуры его ядра (Рис. 1). Он имеет восемь электронов, наиболее активными из которых (1, 2) являются электроны, расположенные на оси симметрии. Шесть других электронов, расположенных в плоскости, перпендикулярной осевой линии (линии симметрии), своим суммарным электрическим полем удаляют электроны 1 и 2 от ядра на большее расстояние, формируя условия для большей их активности при взаимодействии с электронами соседних атомов [1], [2] ,[3]. Рис. 2 Схема атома кислорода Наименьшая энергия ионизации электрона атома кислорода равна E i = 13,618 eV, а энергия связи этого электрона с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, равна E 1 =13,752 eV. Назовем такой электрон первым. Расчет энергетических показателей этого электрона, в том числе и энергий связи b E его с ядром атома, по формулам (1) и (2) дает следующие результаты (Табл. 1) [1], [2], [3]. 2 1 2 n E E n E E E i i i ph ? = ? = (1) 2 1 / n E E b = (2) ??????? 1 Спектр первого электрона атома кислорода Значения n 2 3 4 5 6 ph E (эксп.) eV 10,18 12,09 12,76 13,07 13,24 ph E (теор.) eV 10,16 12,09 12,76 13,07 13,24 b E (теор.) eV 3,44 1,53 0,86 0,55 0,38 Структура молекулы кислорода, показана на Рис. 3,а. Она образуется путем соединения разноименных магнитных полюсов осевых электронов двух атомов кислорода [1], [2]. Известно, что процесс синтеза молекул кислорода сопровождается выделением 495 кДж/моль энергии или в расчете на одну молекулу eV E b 13 , 5 10 602 , 1 10 02 , 6 1000 495 19 23 = ? ? ? ? = ? (3) Канарев Ф.М., Россия Кубанский госагроуниверситет 350044, Краснодар, ул. Калинина 13 E-mail: kanphil@mail.kuban.ru www.firewood.net.ru 59 Каким же принципом руководствуется Природа, распределяя энергию 5,13 eV между электронами молекулы кислорода (Рис. 3,а)? Энергия 5,13 eV – это термическая энергия связи между электронами 1 и 2’ двух атомов кислорода (Рис. 3, а). При образовании молекулы кислорода она излучается в виде фотонов электронами, вступающими в связь. Из этого следует, что она равна сумме энергий двух фотонов, излученных этими электронами. Следовательно, каждый электрон, вступающий в контакт, излучает по фотону с энергиями 5,13/2=2,565Ev = b E (Рис. 3). Согласно Таблице 1, валентные электроны в этом случае занимают положения между вторым и третьим энергетическими уровнями [1], [2]. Рис. 3 Схема распределения энергий связи между электронами в молекуле кислорода Два атома кислорода соединяются в молекулу в состоянии возбуждения. Состоянием возбуждения считается такое состояние атома, при котором его валентные электроны удалены от ядер на такие расстояния, когда энергия связи b E между ними уменьшается до тысячных долей электрон-вольта. В таком состоянии атом может потерять электрон и стать ионом. Или, не теряя электроны, он соединяется валентным электроном с электроном соседнего атома, и начинается процесс формирования молекулы кислорода. Это экзотермический процесс, при котором осевые валентные электроны 1 и 2’, излучая фотоны и опускаясь на более низкие энергетические уровни, выделяют 2,565х2=5,13 eV. Обратим внимание на то, что энергия 5,13 eV выделяется двумя электронами, формирующими связь с энергией b E = 2,56 eV. В современной химии эта связь называется ковалентной. Для разрушения этой связи достаточно затратить 2,56 eV механической энергии. Для термического разрыва этой связи энергии требуется в два раза больше, то есть 5,13 eV. Это объясняется тем, что энергия фотона 5,13 eV поглощается одновременно двумя электронами. Только в этом случае оба электрона будут переведены на самые высокие энергетические уровни с минимальной энергией связи b E , при которой они разъединяются, и каждый атом кислорода становится свободным. Таким образом, затраты энергии на разрушение молекулы кислорода зависят от способа воздействия на связь. При термическом воздействии на связь она разрушается при энергии 5,13 eV. При механическом воздействии на связь достаточно затратить 2,56 eV энергии, чтобы ее разрушить. Из этого следует, что энергетика процесса синтеза молекулы кислорода зависит от способа ее разрушения. После термического разрушения молекулы кислорода процесс ее формирования начинается с излучения обоими валентными электронами по фотону с энергиями 2,56 eV, и прежняя энергия электродинамической связи ( b E =2,56 eV) между электронами обоих атомов восстанавливается. Таким образом, при термическом разрушении молекулы кислорода тепловой энергии затрачивается столько же, сколько выделяется при последующем ее образовании. Никакой дополнительной энергии при термической диссоциации молекулы кислорода и последующем ее синтезе не появляется. Если же молекулу кислорода разрушать механическим путем, то для этого достаточно затратить 2,56 eV механической энергии. При этом валентные электроны атомов кислорода оказываются в свободном состоянии при недостатке энергии, соответствующей такому состоянию, так как процесс поглощения каждым из них 2,56 eV энергии отсутствовал. В таком состоянии электроны не могут оставаться, они должны немедленно восполнить энергию, которую они не получили при механическом разрыве связи между ними. Где они ее возьмут? Источник один – окружающая среда, то есть физический вакуум, заполненный эфиром. Они немедленно преобразуют эфир в энергию 2,56 eV. Следующая фаза – соединение двух атомов кислорода, валентные электроны которых пополнили запасы своей энергии за счет эфира. При этом процессе два электрона излучают фотоны с энергиями 2,56 eV. Так энергия поглощенного эфира преобразуется в тепловую энергию фотонов. Затратив 2,56 eV механической энергии на разрушение молекулы кислорода, при последующем синтезе этой молекулы мы получаем энергии в два раза больше (2,56х2=5,13) eV. Дополнительная энергия оказывается равной 2,56 eV. Существует немало экспериментальных данных, показывающих, что в вентиляционных системах тепловая энергия циркулирующего воздуха превосходит электрическую энергию, затраченную на привод www.firewood.net.ru 60 вентиляторов. Теперь мы знаем, что эта энергия генерируется при механическом разрушении ковалентных связей в молекулах газов, из которых состоит воздух. Используя изложенную методику, проанализируем энергетику молекулы воды, которая также в ряде случаев генерирует дополнительную энергию. Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Энергии связи b E атомов водорода с его ядром представлены в Табл. 2. ??????? 2 Спектр атома водорода Значения n 2 3 4 5 6 ph E (эксп.) eV 10,20 12,09 12,75 13,05 13,22 ph E (теор.) eV 10,198 12,087 12,748 13,054 13,220 b E (теор.) eV 3,40 1,51 0,85 0,54 0,38 Известно, что соединение водорода с кислородом в большинстве случаев сопровождается взрывом, но причина этого до сих пор не известна. Попытаемся найти ее. Энергия синтеза молекулы водорода равна 436кДж/моль или 4,53eV на одну молекулу. Поскольку молекула состоит из двух атомов, то указанная энергия распределяется между ними. Таким образом, энергия одной связи b E между атомами водорода оказывается равной 2,26eV (Рис. 4). При механическом разрыве этой связи достаточно затратить 2,26 eV. При термическом разрушении этой связи энергии потребуется в два раза больше (2,26х2=4,53 eV). Рис. 4 Молекула водорода Для образования двух молекул воды необходимо разрушить на атомы две молекулы водорода и одну молекулу кислорода. При механическом разрушении ковалентных связей на разрушение двух молекул водорода затрачивается 2,26х2=4,53 eV, а молекулы кислорода — 2,56 eV. Сумма этих энергий равна 7,13 eV. Если процессы разрушения указанных молекул проводить термическим путем, то на разрушение двух молекул водорода потребуется 4,53+4,53=9,06eV, а на разрушение одной молекулы кислорода - 5,13eV. В сумме это составит 14,19eV. Разница между энергией, затраченной на механическое и термическое разрушение ковалентной связи молекул водорода и кислорода, почти двукратная. Известно, что при синтезе одного моля воды выделяется 285,8 кДж или 285,8х1000/6,02х10 23 х1,6х10 -19 =2,96eV на одну молекулу. Так как молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, то на одну связь приходится 2,96/2=1,48eV (Рис. 5). Из этого следует, что электроны атомов водорода и кислорода в молекуле воды находятся при обычной температуре (1,48/2=0,74eV = b E ) между четвертыми и пятыми энергетическими уровнями (Табл. 1, 2). Рис. 5 Схема молекулы воды: 1,2,3,4,5,6,7,8 - номера электронов атома кислорода; P 1 ,P 2 - ядра атомов водорода (протоны); e 1 и e 2 - номера электронов атомов водорода Таким образом, на разрушение двух молекул водорода H 2 и одной молекулы кислорода O 2 термическим путем израсходовано 14,19eV, а в результате синтеза двух молекул воды 2H 2 O выделится 2,96х2=5,98eV. В чем причина такого дисбаланса? Ответ прост. При переходе из газообразного в жидкое состояние атом кислорода в молекуле воды должен уменьшить свой объем. Это произойдет, если кольцевые электроны атома кислорода опустятся на более низкие энергетические уровни (ближе к ядру). При этом они обязательно излучат фотоны, общая энергия которых равна энергии, затраченной на разрушение двух молекул водорода и одной молекулы кислорода, то есть - 14,19eV. Поскольку у двух молекул воды 12 кольцевых электронов, то каждый из них излучит 14,19/12=1,18eV = b E . Это больше энергии ( b E =0,74 eV) связи с ядром осевых электронов и указывает на то, что кольцевые электроны расположены ближе к ядру, чем осевые. В этом случае количество энергии, полученной в результате синтеза двух молекул воды (14,19+5,98)eV оказывается больше энергии, затраченной на разрушение двух молекул водорода (9,06 eV) и одной молекулы кислорода (5,13 eV). Сформировавшаяся |