Эффективность энергетики

Физический механизм резонанса

В названии – центральный вопрос для понимания сути резонанса, который обойден в традиционной физике и в многочисленных нетрадиционных теориях, включающих слова об обмене резонирующим телом энергией с окружающей средой. Классическая физика признает накачку энергией тела с возрастанием амплитуды колебаний, которое и определяет как резонанс при совпадении собственной и вынужденной частот. Да и как не признать, если при резонансе разрушаются мосты и другие прочные конструкции, для чего требуется источник мощности во много раз превосходящий мощность возбудителя колебаний. Иногда прибегают к объяснению, что сила, получаемая объектом от вибратора, в периоды, когда ускорение близко к нулю, превосходит требуемую для движения массы, и тогда тело (объект) получает как бы дополнительную энергию от возбудителя – вибратора: но – все в пределах закона сохранения энергии. Однако, как видно из примеров, разрушительная мощность резонанса всегда много больше мощности возбудителя колебаний. То есть, указанное выше классическое объяснение отношения к резонансу не имеет.

Из тех же примеров разрушений при резонансе следует, что резонирующая конструкция не только получает энергию от окружающей среды, но и отдает ее на совершение работы по своему же собственному разрушению. Первая задача –теоретическая – понять физический механизм этих процессов; и вторая задача –разработать способы превращения разрушительной силы резонанса в созидательную: для выработки энергии за счет окружающей среды, для транспортировки и т. п.

В этом может помочь теория /1, 2/, подтвержденная экспериментально, которая отличается от всех других разработанным физическим механизмом взаимодействия атомов и молекул на уровне элементарных частиц. Рассмотрим механические колебания какого-либо тела. При растяжении увеличивается объем глобулы, занимаемой атомом в кристаллической решетке, следовательно, увеличивается длина пробега атома и молекулы, уменьшается частота колебаний атома и соответственно локальная температура. При этом, из окружающей тело среды, как более высокочастотной по колебаниям атомов или молекул, более высокотемпературной и, следовательно, более энергетически насыщенной, энергия будет передаваться низкочастотным холодным атомам тела (от большей частоты и температуры к меньшей) локально, путем электродинамического взаимодействия или непосредственно ударного контактного взаимодействия пограничных атомов тела и молекул окружающей среды при конвективном перемешивании последних.

Энергообмен материально реализуется перетоком электрино от их большей концентрации в высокочастотных вихрях вокруг атомов к меньшей. В кристаллическом теле, в свою очередь, пограничные атомы передают электродинамически энергию атомам ближайшего и дальнего окружения. При этом каждый одновременно взаимодействует с несколькими тысячами атомов, и весь этот процесс занимает мгновение. Накопленную за полупериод энергию атомы колеблющегося тела могут отдать полностью или частично на полезно совершаемую работу, пополнив в следующем периоде энергию снова за счет окружающей среды. Отдача энергии может происходить в чисто механическом виде за счет увеличения амплитуды колебаний тела, в виде тепловой энергии за счет гашения кинетической энергии отлетающих электрино, и – в виде электрической энергии за счет направленного движения зарядов (электрино) как в пьезокристаллах. Во втором полупериоде, при сжатии той же зоны тела, происходит обратный процесс: глобула, в которой колеблется атом, уменьшается. Соответственно, повышается частота колебаний атома и температура сжатой зоны в чем-то аналогично кавитации жидкости с повышением температуры и давления на несколько порядков. Теперь энергия будет перетекать в виде потока электрино в обратном порядке в окружающую среду. В целом при резонансе тело накачивается энергией до уровня, обеспечивающего максимальную амплитуду собственных колебаний, за счет окружающей среды. Эта энергия на много порядков превышает энергию и мощность возбудителя колебаний. При отсутствии стока, назовем ее так, избыточной энергии на совершение полезной или разрушительной работы, она, как видно, снова перетекает к источнику – окружающей среде. То есть, действительно, происходит обмен энергией между колеблющимся телом и окружающей средой, но вцелом сохраняется равновесие. В общем случае энергия окружающей среды в виде потока электрино путем частотного электродинамического взаимодействия атомов тела и молекул среды расходуется: на насыщение тела для поддержания резонанса (компенсация потерь для предотвращения затухания колебаний); на совершение полезной или разрушительной работы; на возврат избыточной энергии в окружающую среду.

На границе смены полупериода сжатия на полупериод растяжения возбужденные атомы, имеющие высокие температуры и давления попадают под высокое внешнее разрежение, то есть под большую разность давлений внутри и вне атома. Эта разность может превышать предел прочности связей, в первую очередь внешнего слоя составляющих атом частиц. Тогда атом начинает послойно распадаться, соответственно, с выделением энергии за счет уже собственной массы. При накачке энергии извне этот дефицит массы восполняется, поэтому ни химические, ни физические свойства атомов и тела вцелом не меняются. Но если резонансная раскачка слишком велика и затрагивает распадом межатомные связи и внутренние слои атома, то тогда случается разрушение вещества и конструкции, выполненной из него. То есть, при резонансе наряду с механизмом электродинамического энергообмена тела с внешней средой посредством электрино вихрей примешивается механизм энергообмена за счет изменения массы атомов самого тела с отдачей и присоединением электрино.

При электрическом резонансе амплитуда тока – это, во-первых, переменный радиус вращения электрино вокруг проводника и, во-вторых, это шаг спирального движения вихря электрино как заряженных частиц – носителей тока. Увеличение первой амплитуды вызывает увеличение пакета вихря и количества носителей, то есть – увеличение амплитуды тока, что характерно для схемы последовательного включения емкости С и индуктивности L в цепь с источником возбуждения колебаний. Увеличение второй амплитуды – шага вихря – приводит к увеличению шагового напряжения между пакетами вихря и, в целом, к увеличению амплитуды напряжения электрического тока, что характерно для параллельной схемы включения L и С в резонансный контур. При этом происходит перетекание из окружающей среды и насыщение электрического контура дополнительными зарядами – носители электричества, а именно – мелкими элементарными частицами, названными электрино. Поток электрино в общем случае расходуется: на преодоление электрического сопротивления, то есть на собственное рассеяние; на поддержание резонанса в незатухающем виде, то есть на прямой ток; на совершение работы в электрических двигателях и других машинах и электроустановках; на циркуляцию оставшейся части потока в контуре, то есть – на обратный ток.

Возбуждение резонанса «плавающей» частотой колебаний, как известно из опытных данных, позволяет увеличивать амплитуду колебаний резонирующих объектов в 2...3 раза по сравнению с резонансом при точном соответствии собственной и вынужденной частот.

Описанный механизм энергообмена при резонансе справедлив для любых колебаний, в том числе, для негармонических и непереодических, но для основной, первой, гармоники амплитуда колебаний будет наибольшей. В остальных случаях амплитуда снижается за счет малой амплитуды обертонов, несовпадения фаз и противофаз и т. д., а значит максимальный резонанс – как увеличение амплитуды колебаний можно получить при меньших затратах энергии только на собственной основной гармонической частоте.

2.3. Алгоритм энергообмена в колебательных системах