Явление динамического сверхнамагничивания ферромагнетика

На рис.16 указано направление движения ферромагнитного кольца 1 в магнитном зазоре сильного постоянного магнита 25 стрелкой. Скорость протяжки ферромагнетика в магнитном зазоре равна V = щ* R, и она соответствует максимальному вращательному моменту, приложенному к ферромагнитному кольцу со стороны магнитного поля. В первой части магнитного зазора образовано однородное магнитное поле с напряжённостью Н*, обеспечивающей на длине L этой части магнитного зазора при скорости V протяжки ферромагнетика достижения им максимальной магнитной восприимчивости чМАХ, начальное значение которой равно чНАЧ < чМАХ. Между первой и второй частями магнитного зазора выполнен уступ, так что в начале второй части магнитного зазора длиной L напряжённость магнитного поля НО выбрана насыщающей для используемого ферромагнетика, и НО >> Н*. Во второй части магнитного зазора (рабочей) образовано неоднородное магнитное поле с линейно возрастающей напряжённостью и градиентом поля вдоль оси х, равным

grad HX = (HMAX - НО) / L

где HMAX - напряжённость магнитного поля в конце магнитного зазора.

На рис.17 дан график значений магнитной восприимчивости ч(х) ферромагнетика внутри обеих частей магнитного зазора при неподвижном ферромагнитном кольце, то есть в статике (при V = 0). Видно, что магнитная восприимчивость изменяется последовательно от начальной чНАЧ до максимальной чМАХ внутри первой части магнитного зазора, а затем падает до минимального значения чMIN внутри второй части магнитного зазора, что обусловлено глубоким насыщением ферромагнетика в этой части магнитного зазора. По выходе из магнитного зазора магнитная восприимчивость снова восстанавливается до исходного начального значения чНАЧ.

На рис.18 показан график значений магнитной восприимчивости ч(х) ферромагнетика в динамике движения ферромагнитного кольца в магнитном зазоре. Сначала в первой части магнитного зазора магнитная восприимчивость экспоненциально возрастает от начального её значения чНАЧ до величины чМАХ*, которая незначительно меньше величины чМАХ. Затем она экспоненциально падает в насыщающем магнитном поле второй части магнитного зазора до минимального значения чМIN* > чMIN, незначительно превышающего значение чMIN (из-за конечности времени экспоненциального процесса ограниченностью длины L). Данные со звёздочкой соответствуют случаю вращения оси 2 с угловой скоростью щ* = L / л R ф (то есть с оптимальной скоростью протяжки ферромагнетика V = щ* R. Координата х связана с временной координатой t простым соотношением х = V t.

На рис.19 представлен график распределения намагниченности J(t) ферромагнетика внутри магнитного зазора в функции времени t (или, что то же, в функции координаты х). Поскольку намагниченность определяется формулой J(x) = мO ч(x) H(x), где мO - ранее определённая абсолютная магнитная проницаемость вакуума [Гн / м], то к концу первой части магнитного зазора намагниченность возрастает до величины JНАЧ* (её начальное значение в самом начале второй части магнитного зазора), вычисляемой как JНАЧ* = мO чМАХ H*. Поскольку в начале второй части магнитного зазора имеется напряжённость магнитного поля НО >> Н* (например, на порядок), а магнитная восприимчивость не может изменяться скачком, то в этой части магнитного зазора возникает достаточно сильный всплеск намагниченности, который стремится к величине мO чМАХ HО, хотя одновременно с этим на ферромагнетик действует насыщающее магнитное поле, которое препятствует росту намагниченности до указанной величины, и намагниченность ферромагнетика в начале второй части магнитного зазора быстро достигает величины J MAX. Затем намагниченность ферромагнетика в насыщающем магнитном поле экспоненциально падает, стремясь к величине намагниченности насыщения JНАС(?), но доходит до значения, несколько превышающего эту величину, а именно до JНАС(?) + ?J* из-за конечности интервала L. Значение намагниченности насыщения JНАС(?) всегда больше намагниченности JНАЧ* при наибольшем значении магнитной восприимчивости чМАХ в несколько раз, что можно обозначить как у = JНАС(?) / JНАЧ* (обычно у ? 2 … 3). Как будет показано ниже, фронт всплеска намагниченности на границе первой и второй частей магнитного зазора имеет длительность ?t* = - ф ln [1 - (H* / HO)], что обусловлено резким увеличением скорости экспоненциального процесса в силу неравенства НО >> Н*.

На рис.20 приведён график для расчёта положения центра магнитного притяжения в неоднородном магнитном поле второй части магнитного зазора, построенный по программе Mathcad с некоторыми заменами в обозначениях величин, а также построена таблица относительных положений указанного центра в функции параметра р = (НМАХ - НО) / / НО, предпочтительное значение которого лежит в диапазоне р = 5 … 10. При этом положение центра магнитного притяжения находится в диапазоне (0,66… 0,68) L.

На рис.21 приведён график для расчёта положения центра намагниченности ферромагнетика, находящегося во второй части (рабочей) магнитного зазора для одного из конкретных примеров, а также приведена таблица значений положения этого центра в функции параметра у = 2 … 4. Видно, что диапазон положений центра намагниченности лежит в узких пределах (0,445 … 0,473) L.

Сравнение относительных (и абсолютных) положений центров намагниченности и магнитного притяжения доказывает существенное отставание первого от второго по ходу протяжки ферромагнетика в магнитном зазоре, то есть объясняет природу возникновения постоянно действующией силы F(щ) втягивания ферромагнитного кольца в магнитный зазор, как функции от угловой скорости щ вращения ферромагнитного кольца.

На рис.22 показаны графики втягивающих сил F(щ)МАХ и F(щ)МIN при наибольшем и соответственно наименьшем значениях тока подмагничивания сильного постоянного магнита 25 (рис.19) в катушке 26, а также соответствующие им нагрузочные прямые обратной связи, выраженные в моментах нагрузки - соответственно МН МАХ и МН МIN. Из теории автоматического управления известно, что в точках пересечения указанных пар графиков с разными знаками производных обеспечивается устойчивый режим вращения.

Именно поэтому, чтобы удержать частоту вращения ферромагнитного кольца в достаточно узком диапазоне, то есть с минимальным допустимым отклонением от рабочей частоты (например, частоты 50 Гц), в заявляемом техническом решении использована электронная система автоматического управления по заданному образцовому сигналу с выхода генератора опорного напряжения 33. Как указывалось выше, максимум вращательного момента достигается при угловой скорости вращения щ*, хотя рабочий диапазон частот щ > щ*, и рабочий участок выбирается на ниспадающей части силовой характеристики F (щ). С увеличением нагрузки частота вращения оси 2 несколько снижается в пределах допустимых значений, а при уменьшении нагрузки, наоборот, несколько увеличивается, как это видно из графиков.

На рис.23 в относительном представлении даны графики полезной мощности на оси вращения 2 соответственно для наибольшей и наименьшей нагрузок - РМАХ и РМIN в стабилизируемой по частоте зоне шириной ?щ, которая мала по сравнению с щ, то есть имеем условие стабилизации ?щ / щ << 1 во всём диапазоне рабочих нагрузок на электрогенератор 29.

На рис.12 приведена схема конструкции устройства с объединением нескольких модулей из ферромагнитных дисков с их сильными постоянными магнитами (с катушками подмагничивания и общим для всех модулей блоком управления подмагничиванием 32), связанных с единой осью вращения, с целью увеличения полезной мощности, отдаваемой в нагрузку электрогенератором 29. Для каждого ферромагнитного кольца (или диска) в этой конструкции предусмотрено по два сильных постоянных магнита, вместо одного, что позволяет повысить энергетическую эффективность устройства генерирования энергии. При этом вдвое сокращается время подогрева ферромагнетика, что снижает мощность устройства в сравнении с двукратным её увеличением за счёт пары магнитов на одно ферромагнитное кольцо.

Непосредственный контакт нагревающей жидкости с ферромагнитными кольцами (или дисками) увеличивает скорость поступления тепловой энергии к охлаждающемуся ферромагнетику, но увеличивает потери на трение, поэтому приходится снижать угловую скорость вращения оси 2 и применять повышающий редуктор 7 (как на рис.12 ранее рассмотренного устройства) для увеличения скорости вращения вала генератора переменного тока. Снижение скорости вращения оси 2 способствует улучшению условий теплопередачи к ферромагнитным кольцам (или дискам), что позволяет увеличить число сильных постоянных магнитов 25 на каждое ферромагнитное кольцо (или диск) для повышения мощности устройства.

Важно отметить, что рассмотренные преобразователи энергии должны запускаться в работу путём принудительного вращения оси 2 от внешнего источника с круговой скорость вращение выше величины щ*. Самораскрут системы невозможен.

Теоретическое рассмотрение работы этого устройства аналогично ранее приведённому и опускается.

Рассмотрим пример возможной реализации такого прибора.

Пусть чMAX* = 1000, HO = 10 4 А/м, р = 9 и S = 6*10 - 5 м2 (при толщине ферромагнитного кольца 3 мм и его ширине 2 см), тогда F(щ*) = 0,106*1,256.10 - 6 *10 3 * 10 8* 9 * 6.10 - 5 = 7,19 н.

Если средний радиус ферромагнитного кольца R = 0,1 м, то вращательный момент МВР = F(щ*).R = 0,719 н.м. Если L = 0,02 м и ф = 5.10 - 4 , то оптимальная угловая скорость вращения ферромагнитного кольца равна щ* = L / 1,23 R ф = 400 рад/с = 63,7 об/с. Максимальная мощность на валу РМАХ = МВР щ* = 287,6 Вт. Тепловую мощность устройство должно потреблять из окружающей среды, например, из воды соответствующего водного бассейна. Вариацией параметров L и R можно получить иные угловые скорости вращения ферромагнитного кольца, чтобы обеспечить скорость вращения вала электрогенератора 29 (рис.19) равной 50 об/с. При этом будет генерироваться переменный ток с частотой стандартной сети 50 Гц.

Из теории автоматического управления известно, что присоединённая нагрузка и трение снижают скорость оси вращения 2,. и устойчивое состояние режима её вращения достигается в точке пересечения кривой силовой характеристики F(щ) с нагрузочной прямой обратной связи, когда производные этих характеристик имеют противоположные знаки. Момент нагрузки определяется тангенсом угла наклона прямой обратной связи и производная нагрузочной прямой положительна, следовательно, устойчивое состояние в системе автоматического управления достигается на нисходящей ветви силовой характеристики F(щ), как это видно из рис.26. Поэтому реально снимаемая мощность на оси вращения 2 оказывается всегда меньше максимальной РМАХ и скорость установившегося процесса вращения будет всегда выше величины щ*. Для рассмотренного примера при максимальной нагрузке МН МАХ мощность на оси вращения может достигать величины порядка 200 Вт при соответствующем подборе размеров L и R при скорости вращения оси порядка 50 об/с при учёте параметра ф. При этом такая мощность теплового потока должна поступать к ферромагнитному кольцу из внешней среды. Это означает, что при перепаде температуры воды в процессе нагревания ферромагнетика в 1ОС потребный поток воды составит приблизительно 50 г/с или 180 л/час.

Для увеличения интенсивности теплопередачи целесообразно ферромагнитное кольцо погружать в нагревающую его жидкость, например, очищенную воду или иную жидкость с циркуляцией её по замкнутому циклу с радиатором нагревания и насосом для обеспечения циркуляции (радиатор при этом может быть погружён в проточную воду). Для снижения потерь на трение в качестве циркулирующей жидкости можно выбрать нитробензол, имеющий небольшую по сравнению с водой вязкость. Кроме того, следует существенно снижать угловую скорость вращения ферромагнитного кольца, что потребует использования между осью вращения 2 и электрогенератором 29 повышающего редуктора 7, как это видно на рис.8. При этом с единой осью вращения 2 могут быть связаны несколько ферромагнитных колец, а каждое из них может быть связано с несколькими эквидистантно расположенными сильными постоянными магнитами 25 с последовательным включением всех их обмоток подмагничивания к выходу блока управления подмагничиванием 32 (рис.19), что многократно увеличит полезную мощность.

Как видно на рис.27, мощность на оси вращения растёт с увеличением угловой скорости вращения оси 2, экспоненциально приближаясь к соответствующим пороговым уровням. Это означает, что снижение угловой скорости вращения ферромагнитных колец, связанных с единой осью вращения (рис.12), понижает мощность, получаемую от каждого ферромагнитного кольца, поэтому это снижение компенсируют увеличением числа ферромагнитных колец и связанных с ними сильных постоянных магнитов.

Рассмотрим процесс автоматического управления электрогенератором 29 по схеме рис.15. Цель такого управления состоит в поддержании частоты генерируемых колебаний в небольших допустимых пределах, например, частоты 50 Гц с допустимыми отклонениями на ± 0,5 Гц (не хуже 1 %), при вариации величины нагрузки (потребляемой от электрогенератора мощности). Для выполнения этой задачи автоматическое управление током подмагничивания в катушках сильных постоянных магнитов приводит к соответствующему изменению напряжённости магнитного поля НО в магнитном зазоре, значение которого сомножителем входит в выражение (18) с несколько иным постоянным множителем, в частности, имеем следующее отличие.

Максимальное значение силы втягивания ферромагнетика второй частью магнитного зазора F(щ*) определяется разностью интегралов:

б 1

F(щ*) ? µО чMAX* HO2 (р - 1) S [? f (е) dе - ? f (е) dе], (19)

0 б

где б = ХН / L - относительное положение центра магнитного притяжения второй части магнитного зазора.

Подставляя в подынтегральные выражения (19) значение функции из (11), получим явное выражение для максимальной силы втягивания F(щ*), распределение для которой в функции угловой скорости щ показано на графиках рис.22 при двух разных значениях НО.

Можно записать следующие выражения для (10) при следующих параметрах:

б = 0,67, л = 1,23, р = 2

б

I1 = ? exp (-л е) [1 - exp (-л е)] [1 + р е] sin [р (1 - е) / (2 - е)] d е, = 0,203

01 (20)

I1 = ? exp (-л е) [1 - exp (-л е)] [1 + р е] sin [р (1 - е) / (2 - е)] d е, = 0,080

б

и тогда, подставляя эти выражения в (19), получим максимум втягивающей силы F(щ*) при оптимальной скорости вращения ферромагнитного кольца щ*, равный

F(щ*) ? 0,123 µО чMAX* HO2 (р - 1) S. (21)

В интегралах (20) значения I1 и I2 аналогичны вычислениям сумм (12).

Эффективность такого управления связана с тем, что величина НО в этом выражении возводится в квадрат. Например, для увеличения мощности в четыре раза ток подмагничивания увеличивают лишь вдвое или даже меньше, учитывая собственную намагниченность сильного постоянного магнита (без тока подмагничивания). На рис.26 приведены графики для наибольшей нагрузки электрогенератора (МН МАХ) и наименьшей (МН MIN). Подмагничивающие токи выбраны так, что независимо от нагрузки на электрогенератор скорость вращения его вала поддерживается постоянной (например, 50 об/с) с допустимой точностью. Из рис.26 усматривается, что при максимальной нагрузке частота колебаний переменного тока несколько меньше, а при минимальной нагрузке - несколько больше среднего значения частоты. Это же видно и из графиков на рис.27.

Схема автоматического управления включает генератор опорного напряжения 33, например, с частотой 50 Гц, сигнал с выхода которого сравнивается с частотой сигнала с выхода тахогенератора 28 в фазочувствительном выпрямителе 30, выходной сигнал с которого фильтруется либо фильтром нижних частот 31 (в схеме статического регулирования с остаточными ошибками), либо интегратором, вместо фильтра нижних частот, (при этом схема регулирования астатическая с нулевой остаточной ошибкой, но с пониженным быстродействием). Сигнал ошибки с соответствующими знаком и величиной поступает на блок управления подмагничиванием 32, изменяя ток подмагничивания в сильных постоянных магнитах 25 с помощью обмотки подмагничивания 26. Для питания блока управления подмагничиванием используется трёхфазный выпрямитель 34 (по схеме Ларионова) с фильтром сглаживания пульсаций на частоте 300 Гц. Кроме того, трёхфазный выход электрогенератора 29 связан с электрической нагрузкой с фиксированными пределами её возможного изменения.

Следует специально остановиться на рассмотрении магнитокалорического эффекта, благодаря которому осуществляется работа устройства.

Пусть в исходном состоянии ненамагниченный ферромагнетик имеет температуру ТО и удельную теплоёмкость сО. Для рассматриваемой массы ферромагнетика m имеем его внутреннюю тепловую энергию QO = сО m ТО. Если плотность ферромагнетика с, то объём указанной массы m равен v = m / с. Если указанный объём поместить в магнитный зазор постоянного магнита, создающего магнитное поле с напряжённостью Н, то энергия магнитного поля, запасённая в этом объёме, как известно, равна W = мO м v H2 / 2, где

м = ч +1 - относительная магнитная проницаемость ферромагнетика. При этом возникает его намагничивание, и закон сохранения энергии выражается соотношением:

сО m ТО = сН m Т1 + з W, (22)

где сН - удельная теплоёмкость намагниченного ферромагнетика (сН < сО), Т1 - температура его объёма v в процессе квазиадиабатического намагничивания, причём Т1 > ТО (при намагничивании, как известно, ферромагнетик нагревается), з - коэффициент магнитокалорической активности, зависящий от свойств ферромагнетика.

После выхода объёма v ферромагнетика из указанного магнитного зазора в процессе его квазиадиабатического размагничивания происходит охлаждение этого объёма, и закон сохранения энергии записывается как для адиабатического размагничивания

сН m Т1 = сО m Т2, (23)

где Т2 - температура рассматриваемого объёма ферромагнетика при его адиабатическом размагничивании (строго говоря, имеет место квазиадиабатическое размагничивание).

Покажем, что Т2 < ТО, то есть внутренняя тепловая энергия данного объёма ферромагнетика, который сначала намагничивается в магнитном зазоре, а затем покидает его, размагничиваясь в адиабатическом процессе (за счёт вращения ферромагнитного кольца), уменьшается на величину

?Q = сО m (ТО - Т2). (24)

Согласно (22) можно для значения сН записать выражение

сН = сО (ТО / Т1) - з W / m Т1, (25)

Подставляя (25) в (23), получим

[сО (ТО / Т1) - з W / m Т1] m Т1 = сО m Т2, или, что то же, сО m ТО - з W = сО m Т2. (26)

Из (26) следует, что

Т2 = ТО - з W / сО m. (27)

Поскольку з W / сО m = мO з м v H2 / 2 сО m = мO з м H2 / 2 с сО > 0, то действительно имеем неравенство ТО - Т2 > 0, то есть ТО > Т2, и конечная температура Т2 рассматриваемого объёма ферромагнетика оказывается ниже его исходной температуры ТО (до входа в магнитный зазор с магнитным полем Н).

Изменение внутренней тепловой энергии рассматриваемого объёма ферромагнетика в процессах его квазиадиабатического намагничивания и размагничивания определено в (24).

Следует особо отметить, что магнитокалорический эффект чаще всего используют для глубокого охлаждения сверхпроводников в криогенной технике. Однако это не означает, что этот эффект проявляется только при инфранизких температурах и в условиях адиабатичности, то есть изоляции от внешней среды. Магнитокалорический эффект непосредственно вытекает из действия фазового перехода первого рода, при котором удельная теплоёмкость ферромагнетика скачком уменьшается при достижении некоторого граничного значения насыщающего магнитного поля, и это уменьшение (с последующим восстановлением при размагничивании) не требует какой-либо изоляции ферромагнетика от окружающей среды или какой-либо инфранизкой температуры.

Рассматриваемый объём ферромагнетика v = L S, где L - длина магнитного зазора постоянного магнита, S - сечение ферромагнитного кольца, охваченное магнитным зазором с магнитным полем, проходит магнитный зазор за время ?t = L / щ R, где щ - угловая скорость вращения магнитного кольца радиуса R, следовательно, мощность тепловых потерь вычисляется согласно выражению:

Р = ?Q / ?t = сО m (ТО - Т2) щ R / L. (28)

Итак, из (28) видно, что потери механической энергии вращающегося ферромагнитного кольца компенсируются в механизме теплопередачи тепловой энергией внешней среды. При этом процесс изменения внутренней энергии ферромагнитного кольца не является адиабатическим в его строгой интерпретации, и всякий дифференциальный объём ферромагнитного кольца по выходе его из магнитного зазора восстанавливает свою удельную теплоёмкость, получая тепловую энергию из внешней среды в течение времени ?T = (1 / n) - 2 ?t = 2 (р R - L) / щ R. В приведённом выше примере ферромагнитное кольцо нагревается в зазоре магнитного поля в течение времени 2 ?t = 1,23 мс, а затем быстро охлаждается при размагничивании и одновременно нагревается внешней средой за время 18,77 мс (при использовании одного сильного постоянного магнита).

Таким образом, введение ферромагнетика с наибольшей магнитной восприимчивостью квазискачком в сильное насыщающее магнитное поле, локализованное в пространстве, при соответствующей скорости такого его введения приводит к перегруппировке дифференциальной намагниченности той части ферромагнетика, которая находится в магнитном зазоре с сильно насыщающим магнитным полем, и при этом центр намагниченности ферромагнетика сдвигается в направлении, противоположном вектору скорости вдвижения ферромагнетика в указанный магнитный зазор. Это вызывает действие силы, приложенный к ферромагнетику, вектор которой совпадает с вектором скорости вдвижения ферромагнетика в зазор с сильно насыщающим магнитным полем.

Научное достижение состоит в том, что раскрыта причина уменьшения магнитной восприимчивости ферромагнетика в насыщающих магнитных полях, что является важным дополнением свойств доменной структуры ферромагнетиков.

Правомерно в качестве научной гипотезы исследовать вопрос об участии безмассовых бозонов Хиггса вакуумного поля в процессе превращения этого вида «вакуумного топлива» в механическую энергию при каталитическом действии магнитного поля, а также создать теорию об упругой безмассовой среде, заполняющей пространство Вселенной, передающей возбуждённость магнитного (электрического) поля со скоростью света в вакууме.

Гипотеза английского учёного Хиггса о существовании безмассового бозона вакуумного поля, способного при нарушении калибровочной симметрии превращаться в кварк-глюонную плазму и лептоны - элементарные частицы ядра атома и самого атома. 04.07. 2012 в ЦЕРН,е (Швейцария) состоялось оглашение результатов поиска бозонов Хиггса,

С вероятностью 99,99 % доказано существование бозонов Хиггса с энергией 125 ГэВ, что соответствует 2.10 - 8Дж. Это позволяет построить модель рождения Вселенной из «ничего». Бозон Хиггса восполнил недостающее звено в так называемой «Стандартной модели», объединяющей все известные виды взаимодействий - сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное. Попытки такого объединения предпринял Эйнштейн, но, к сожалению, не смог это сделать.

Можно высказать осторожную гипотезу о возможности передачи энергии бозонами Хиггса из вакуумного поля по следующей схеме:

Бозон Хиггса > Виртуальная масса > Энергия > Вращение ферромагнитных тороидов с косокруговой намагниченностью > Механическая работа

При этом превращение бозона Хиггса в виртуальную массу, которая аннигилирует в энергию, осуществляется под каталитическим действием магнитного поля специальной конфигурации, создающей его несимметрию. А на совершение механической работы двух вращающихся ферромагнитных тороидов с встречной косокруговой намагниченностью и обращённых друг к другу одноименными магнитными полюсами не расходуется энергия от известных её источников, что создаёт кажущееся нарушение закона сохранения и превращения энергии. Но это - только внешний феноменологический факт, так как поставщиком энергии вращения указанных тороидов во взаимно противоположных направлениях является вакуумное поле и населяющие его бозоны Хиггса.

Для того, чтобы связать известные четыре вида взаимодействий - сильное (внутриядерное), слабое (внутриатомное), электромагнитное и гравитационной, то есть создать Единую теорию поля, необходимо предложить некоторые физические гипотезы, логически связывающие эти виды взаимодействий. Одной из таких гипотез является так называемое фотон--бозонное вырождение.

Бозоны - это частицы или квазичастицы с нулевым или целочисленным спином; они подчиняются Бозе - Эйнштейна статистике. К ним относятся фотон, промежуточные век-рные бозоны, глюоны (спин 1), гравитон (спин 2), гипотетические голдстоуновские бозоны и бозоны Хиггса (спин 0), а также составные частицы из чётного числа фермионов, например, все мезоны, "построенные" из кварка и антикварка, атомные ядра с чётным числом нуклонов (дейтрон, ядро 4He и т. п.). Бозонами являются также фононы в твёрдом теле и в жидком 4He, экситоны в полупроводниках и диэлектриках и др.

Поскольку как фотон, так и бозон Хиггса имеют много общих физических свойств, но также между ними существуют и существенные различия, в частности, фотон всегда движется, а бозон Хиггса может иметь и устойчивые положения в вакуумном поле, то можно предположить возможность взаимопревращения этих видов материи. Однако поскольку бозон Хиггса, как установлено в текущем году в ЦЕРН,е, имеет колоссальную энергию по сравнению с известными фотонами в самом широком спектре, то такой фотон сначала следует «накачать» энергией. Поскольку энергия фотона Еф = h н, где h = 6,62.10 - 34 Дж.сек - постоянная Планка, н - частота фотона (Гц), и фотон в свободном пространстве не изменяет своей скорости распространения, то единственным способом увеличения его энергии является воздействие на него тянущего гравитационного поля с большим гравитационным потенциалом. Таким потенциалом обладают во Вселенной «чёрные дыра».

Гипотеза фотон-бозонного вырождения состоит в накачке фотона энергией сверхмощного гравитационного поля, создаваемого, «чёрной дырой», в направлении к которой фотон движется, до величины энергии бозона Хиггса, после чего такой «сверхмощный» фотон вырождается в бозон Хиггса.

Следует при этом отказаться от привычного понимания, что «чёрные дыры» являются всепоглощающими объектами. В частности, бозоны Хиггса «чёрными дырами» не поглощаются, поскольку следует полагать, что они обладают антигравитационными свойствами: они отталкиваются от «чёрной дыры», вблизи которой произошло их рождение, и устремляются в пространство Вселенной, пополняя её запасы этими безмассовыми частицами, которые в дальнейшем могут аннигилировать в «массу-энергию» при соответствующих условиях (нарушении калибровочной симметрии).

Антигравитационные свойства бозонов Хиггса также приводят к их взаимному отталкиванию между собой, что позволяет им рассеиваться в пространстве Вселенной с квазиравномерной объёмной плотностью. Если в какой-либо области пространства происходит аннигиляционный процесс вырождения бозонов Хиггса в «массу-энергию», и концентрация их снижается, то происходит приток бозонов Хиггса в эту область - так называемый «бозонный ветер», если имеет место градиент объёмной концентрации бозонов Хиггса в пространстве.

Известно, что кварки в атомном ядре связаны между собой сильными взаимодействиями, однако их слиянию между собой противодействует неизвестной природы сила, расталкивающая кварки при их сближении на чрезвычайно малые интервалы, что и удерживает кварки на заданных малых расстояниях между собой в ядре атома. Точно по такой же аналогии бозоны Хиггса отталкиваются друг от друга, создавая квазиоднородность бозонного поля, но при удалении их друг от друга возникает сила их обратного сближения, также неизвестной природы, не позволяющая рассеиваться бозонам Хиггса с существенным снижением их объёмной концентрации, то есть постоянно происходит процесс авторегулирования концентрации бозонов, как это свойственно в отношении расположения кварков в атомном ядре, но с заменой знака силы неизвестной природы.

Энергетическое «сжатие» фотонов при их распространении в направлении к «чёрной дыре» происходит БЕЗ УВЕЛИЧЕНИЯ ИХ СКОРОСТИ (как это имеет место в ускорителях заряженных частиц, обладающих массой покоя). Прирост энергии осуществляется увеличением частоты у фотонов в поле тяготения. При достижении фотоном критической частоты н* = 3.10 25 Гц , соответствующей энергии бозона Хиггса (125 ГэВ) происходит превращение (вырождение) фотона в бозон Хиггса. При нарушении калибровочной симметрии в пространстве Вселенной бозоны Хиггса могут материализоваться, создавая новую материю, или аннигилировать в энергию при совершении работы с видимым фиктивным нарушением закона сохранения и превращения энергии, как это может объясняться при вращении ферромагнитных тороидов с косокруговой намагниченностью. То есть как бы из «ничего» возникает «нечто». Взаимодействие масс образует теплоту, которая в форме тепловых фотонов мигрирует в пространство Вселенной, и эти фотоны опять могут превратиться вблизи сильно тяготеющих объектов в бозоны Хиггса. Так происходит существующий КРУГОВОРОТ «массы-энергии».

Практическое значение открытого явления состоит в том, что ферромагнитное кольцо (диск) с осью вращения, помещённое в магнитный зазор с насыщающим магнитным полем, под действием возникающей силы продолжает неограниченно долго вращаться, охлаждаясь при этом за счёт магнитокалорического эффекта. Восполнение теряемой внутренней тепловой энергии в ферромагнитном кольце (диске) осуществляется притоком тепловой энергии из внешней среды. При этом соблюдается закон сохранения и превращения энергии. Таким образом, теплота внешней среды непосредственно превращается в механическую энергию, что представляет принципиально новый способ получения механической энергии.

6. Формула открытия

Установлено ранее неизвестное и теоретически обоснованное явление динамического сверхнамагничивания ферромагнетика, возникающее при переходе ферромагнетика квазискачком из состояния с наибольшей магнитной восприимчивостью, обусловленной действием соответствующего внешнего магнитного поля, в состояние глубокого насыщения действием сильного внешнего насыщающего магнитного поля в течение времени этого скачка, существенно меньшего постоянной времени релаксации магнитной вязкости ферромагнетика, объясняемое запаздывающей во времени перегруппировкой магнитных силовых линий доменов ферромагнетика, образующих его внешнее магнитное поле магнитосвязанных доменных цепей и состояние сверхнамагниченности, во внутреннее магнитное поле каждого из магнитных доменов в отдельности.

Литература

1. А.А.Преображенский, Е.Г. Биширд, Магнитные материалы и элементы, 3 изд., М., 1986;

2. И.Е.Февралева, Магнитотвердые материалы и постоянные магниты, К., 1969;

3. Постоянные магниты, Справочник, М., 1971;

4. Меньших О.Ф., Способ получения энергии и устройство для его реализации, Патент

РФ № 2332778, опубл. в бюлл. № 24 от 17.08.2008;

5. Меньших О.Ф., Ферромагнитовязкий двигатель, Патент РФ № 2359398, опубл. в бюлл.

№ 17 от 20.06.2009;

6. Меньших О.Ф., Устройство стабилизации частоты генератора, Патент РФ № 2368073,

опубл. в бюлл. № 26 от 20.09.2009;

7. Меньших О.Ф., Устройство автоматического управления электрогенератором,

Патент РФ № 2444802, опубл. в бюлл. № 7 от;

8. Савельев И.В., Курс общей физики, т.2, «Электричество», изд.Наука, М., 1970, с.183-184;

9. Kronmuller H., Nachwirkung in Ferromsgnetika, 1068;

10. Бозорт Р., Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956;

11. Мишин Д.Д., Магнитные материалы, М., 1981;

Приложение

Рисунки к заявке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Доменные цепи при различных значениях напряжённости внешнего магнитного поля Н.

Значение Н =Н* соответствует максимуму магнитной восприимчивости ферромагнетика в установившемся режиме.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.5

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.8, 9 Графики распределения магнитной восприимчивости части ферромагнитного кольца в рабочем магнитном зазоре длиной L магнитов 4а (4б) вдоль оси х - рис.8 и насыщения ферромагнитного вещества в магнитном поле рабочего постоянного магнитов 4а (4б) вдоль оси х - рис.9 (ось х совпадает с направлением движения ферромагнетика в магнитных зазорах магнитов 3 и 4а (4б), а также 6 и 5а (5б), как это показано на рис.7).

Графики рассчитаны по программе Мathcad.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.10 График функции распределения намагниченности дифференциальных объёмов dv = S dx ферромагнетика, находящегося в рабочем магнитном зазоре постоянного магнита 4а (4б), где S - поперечное сечение кромки ферромагнитного диска (кольца)



Рис.11 График относительной силы для примера реализации устройства в зависимости от скорости вращения ферромагнитного диска (кольца) и три нагрузочные кривые, отличающиеся величинами нагрузочных моментов (наиболее крутая нагрузочная характеристика отвечает большей присоединённой нагрузке).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.12 Схема объединения модуля заявляемого устройства (рис.7) в единый блок с общей осью вращения 2, включающей несколько одинаковых ферромагнитных дисков (колец) 1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электрическая схема указанного вида намагничивания рабочих магнитов 4а (4б), а также 5а (5б) - параллелепипедов с косым намагничиванием

Размещено на http://www.allbest.ru/

Четыре возможных комбинации косого намагничивания по схеме рис.13

Переключатели 23 и 24 на рис.13 могут быть в положениях «а» или «b».

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выбранные пары косо намагниченных параллелепипедов, каждая из которых создаёт продольное магнитное поле в зазоре между ними в том или ином направлении вдоль оси х, а также указано, какие из образцов, указанных на рис.14, должны быть для этого использованы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Графики напряжённости продольного магнитного поля, создаваемого парами образцов, указанных на рис.14

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.19 Устройство автоматического управления электрогенератором

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 20 Профиль магнитной системы в магнитном зазоре

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.21 Распределение магнитной восприимчивости ферромагнетика в магнитном зазоре при неподвижном ферромагнитном кольце

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.22 Распределение магнитной восприимчивости ферромагнетика в магнитном зазоре при вращающемся ферромагнитном кольце

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 23 Распределение намагниченности ферромагнетика внутри магнитного зазора

Рис. 24. График для определения центра притяжения для неоднородного магнитного поля

Обозначения:

p = (НMAX - HO) / HO - параметр функции распределения напряжённости линейно возрастающего магнитного поля Н(х) в магнитном зазоре длиной L,

Н(х) = НО (1 + р х / L) - функция распределения магнитного поля,

HO - напряжённость магнитного поля в начале магнитного зазора при х = 0,

НMAX - напряжённость магнитного поля в конце магнитного зазора при х = L,

е - переменный параметр 0 ? е = (х / L) ? 1, при 0 ? х ? L.

При р = 0 (случай однородного магнитного поля в магнитном зазоре) б = 0,5, а при р > ? имеем предел б = 0,707.

Таким образом, в линейно неоднородном магнитном поле центр притяжения располагается на координате ХПР = б(р) L в пределах интервала изменения б(р): 0,5 < б(р) < 0,707, что представлено на графике рис. 10.

При построении графика использована программа Mathcad с оператором root.

р	0	0,5	1	1.5	2	2,5	3	3,5	4	4,5
б	0,500	0,550	0,581	0,603	0,618	0,630	0,638	0,646	0,651	0,656
р	5	5,5	6	7	8	9	10	100	1000	?
б	0,660	0,664	0,667	0,672	0,675	0,678	0,681	0,704	0,707	(2)1/2/2



Рис.25 График для определения центра намагниченности ферромагнетика в ускоряющем магнитном поле второй части магнитного зазора с линейно возрастающей напряжённостью поля

Обозначения

р = НМАХ / НО - перепад напряжённости магнитного поля во второй части магнитного зазора,

у = JНАС(?) / JНАЧ* - соотношение намагниченностей при насыщении в установившемся режиме (t > ?) и намагниченности в конце первой части магнитного зазора,

?t1 = ?t* = - ф ln [1 - (Н* / НО)] - длительность фронта нарастания намагниченности в начале второй части магнитного зазора из-за скачка напряжённости магнитного поля,

?t = L / щ* R = лф = 1,23 ф - интервал времени нахождения дифференциального объёма ферромагнетика во второй части магнитного зазора, ф - постоянная релаксации магнитной вязкости ферромагнетика.

По данным функции распределения намагниченности находим положение относи-тельного центра намагниченности е* ферромагнетика внутри второй части магнитного зазора (при этом ХJ = е* L - координата этого центра на оси х).

При других значениях параметра у см. таблицу

у	2	3	4
е*	0,445	0,460	0,473

Размещено на http://www.allbest.ru/

Графики силовых характеристик вращающегося ферромагнитного кольца при крайних нагрузках стабилизируемого электрогенератора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 27 Графики относительной мощности на оси вращения электрогенератора

Размещено на Allbest.ru