Ячейка Мэйера

Выбор типа СВЧ-колебаний. Способ ввода и
вывода энергии в топливной ячейке Мэйера


Мной была предпринята попытка воссоздать Ячейку Мэйера, эффект был, но мои эксперименты не оправдали ожиданий. Именно в этой статье, я напишу почему, по моему мнению, это произошло. Кроме того, по причине того, что эффект полученный мной был не выразителен, я предложу Вам варианты, которые можно опробовать для достижения высокой производительности ячейки Мэйера.

Если Вы не прочитали того, о чём я писал ранее по этой тематике, лучше прочитайте всё по порядку, иначе Вы не поймете, причём тут волноводы. Для ленивых, на всякий случай даю ссылочку: /meiers.shtml

 Продолжая тему «Ячейка Мэйера», нам необходимо обязательно понять работу СВЧ-резонаторов. Техника СВЧ – наука довольно сложная, поэтому мы рассмотрим вопрос: Как сделать волноводный резонатор, а точнее – Какие требования нужно выполнить при выборе и изготовлении резонатора? Мы не будем «залезать в дебри» техники СВЧ, мы возьмём только «вершки».

О том, что резонатор – это внутренняя трубка Ячейки Мэйера и она круглая, мы знаем.

Нам необходимо

1. Добиться минимальных потерь энергии, приводящих к затуханию резонанса;

;2. Выбрать тип электромагнитных колебаний в волноводе (СВЧ – моду);

;3. В соответствии с типом выбранных колебаний в волноводе, выбрать способ передачи энергии в резонатор и вывода энергии из него;

4. Ответить на вопрос: есть ли вода внутри трубки?

Откуда вообще берутся потери в волноводе, если он изготовлен из металла с площадью поперечного сечения в единицы, а иногда и десятки миллиметров? Ответ заключается в том, что на низких частотах ток течёт по всему сечению провода, а СВЧ-ток не по всему сечению волновода, а лишь там, куда проникает электромагнитное поле. Это тонкий слой стенок волновода - так называемый «скин-слой». Глубина скин-слоя зависит от частоты и удельной проводимости металла, из которого изготовлен волновод. Она вычисляется по формуле:

К примеру, на частоте колебаний молекул воды - 18,8 ГГц, глубина проникновения поля приблизительно составляет 0,17 мкм - для меди, и 1,3 мкм - для нержавеющей стали. Поэтому общая площадь поперечного сечения, по которому проходит ток, относительно невелика. Большое значение имеет качество внутренней поверхности волновода. Чем выше шероховатость стенок волновода, тем длиннее путь СВЧ токов и тем быстрее происходит затухание волны. Поэтому для снижения потерь волноводы иногда полируют и покрывают тонким слоем серебра, на глубину скин-слоя.

Серебром покрывать мы ничего не будем – считаю это извращением, которое можно сделать при желании и позже, но полировать придётся обязательно, иначе – резкая потеря энергии. Спросите, куда она денется? Отвечу: На нагрев. А нам нагрев не нужен!

Рассмотрим типы электромагнитных колебаний в волноводе

На рисунках ниже показана ориентация электрического (пунктирные линии) и магнитного (сплошные линии) полей основных простейших типов распространения волн (мод) – типов колебаний, которые могут поддерживать резонанс в круглом волноводе.

            

Рис. 1. Структура поля волны ТМ01.      Рис. 2. Структура поля волны TE01.


            

Рис. 3. Структура поля волны ТМ11.      Рис. 4. Структура поля волны TЕ11.

Из представленных типов электромагнитных колебаний в круглом волноводе, нас устраивают все, но необходимо выбрать способ возбуждения колебаний. Это я оставляю на Ваш выбор, поскольку самому мне экспериментировать не с чем. Возбуждать колебания частотой 18,8 ГГц через щелевую антенну, с помощью магнетрона от микроволновой печи – смешно, там своя, практически не регулируемая частота, поэтому будем это делать простейшими способами.

Возбуждение волноводных резонаторов осуществляется с помощью антенн: металлического штыря (электрического диполя) – емкостная связь, или петли (магнитного диполя) – индуктивная связь. Электрический диполь должен быть ориентирован по линиям Е поля нужной моды, петля должна пронизываться линиями Н. Эффективность возбуждения зависит также от характеристик антенны, обычно оптимальным является равенство её внутреннего сопротивления сопротивлению излучения в данную моду. Другими словами, источник СВЧ-тока должен быть согласован с приёмником СВЧ-тока. Для согласования мы можем даже сделать петлю из нескольких витков. Не забывайте, что СВЧ-ток в проводнике распространяется не по его сечению, а по скин-слою (по поверхности). Это в свою очередь означает, что для передачи большой энергии нам необходим штырь, или петля из толстого провода, а это наоборот будет препятствовать распространению волны в волноводе, или возбуждать паразитные виды колебаний. Поэтому нам необходимо выбирать самый простой способ возбуждения.

Попробуем рассмотреть петли и штыри возбуждения колебаний и определим, что нам более подходит.

К волне ТМ01 изображённой на рисунке 1 «приспособить» диполь некуда – линии Е идут по кругу, а петля будет выглядеть следующим образом:\

Рис. 5. Структура поля волны ТМ01 и петля возбуждения.

Из рисунка видно, что петля располагается вдоль стенки трубки – по кругу, и пронизана линиями Н. Расстояние от края волновода до отверстия входа петли – 1/4 длины волны, что соответствует 1,22 / 4 = 0,3см или 3мм от края. Вымерять это расстояние сложно, а подбирать в ходе экспериментов тем более. Меня этот вариант не привлекает.

К волне ТЕ01 изображённой на рисунке 2, наоборот приспособить петлю некуда, а штырь элементарно можно ввести с торца волновода параллельно линиям Е. Кроме того, введя его на 1/4 длины волны, что равняется 3мм, мы элементарно можем регулировать глубину его ввода в волновод при проведении экспериментов.

Рис. 6. Структура поля волны TE01 и штырь возбуждения.

По третьему рисунку видно, что туда вообще ничего не приспособишь, волна ТМ11 как вариант –отпадает.

К волне ТЕ11 мы можем приспособить и петлю и штырь. Но тоже не очень удобно. Вводятся они на глубину 1/2 длины волны. Петля – с торца, а штырь сбоку. При этом штырь вводится на глубину - до середины (центра круга) волновода.

Рис. 7. Структура поля волны TЕ11 и петля возбуждения.

Рис. 8. Структура поля волны TЕ11 и штырь возбуждения.

Хоть я выбирал и экспериментировал с типом электромагнитных колебаний в волноводе, изображённым на рисунке 6 – он более простой и удобный, но рисунок 8, меня также привлекает. Судя по рисункам самого Мэйера, велика вероятность, что именно такой тип электромагнитных колебаний в волноводе он использовал. Преимущества заключаются в отсутствии необходимости добавлять дополнительный электрод, и как следствие – упрощение и лучшая прочность конструкции.

Выбор за Вами:

Вариант 1 - волна ТМ01;

Вариант 2 - волна ТЕ01;

Вариант 3 - волна ТЕ11.

Следующий вопрос: Как превратить волновод в резонатор? Элементарно! Выбираем длину волновода кратную длине волны и закрываем концы волновода «отражающими» - металлическими заглушками.

Должна быть вода внутри трубки - волновода или нет

1 Вариант: Воды внутри резонатора быть не должно!

В соответствии с теорией распространения радиоволн, вода – препятствие для распространения радиоволн. Т.е. волноводный резонатор должен быть закрыт с обоих торцов для предотвращения попадания туда воды. Для этого нам достаточно будет сделать заглушки из стекла, или органического стекла, закрепив их на торцах трубок с помощью резины – герметика (авто герметика). И тогда «отражающими стенками» резонатора будет сама вода. Достаточно надёжной будет конструкция? Всё определяется мастером! И верна ли такая теория вообще? Вывод энергии мы сможем осуществить через те же входные - штырь или петлю, соединив их с внешней трубкой, тем самым обеспечив электрический контакт с «противоположным» электродом Ячейки.

2 Вариант: Вода внутри резонатора должна быть! Известно, что на высоких частотах начиная с 2 ГГц (СВЧ-диапазон), вода резко уменьшает свою диэлектрическую проницаемость (перестает проводить электрический ток), а на частотах, близких к частоте резонанса молекул, вода становится отличным диэлектриком. В диэлектрике радиоволны распространяются беспрепятственно. Тогда можно предположить, что для распространения радиоволны никаких заглушек в волноводе не надо. Но и тут появляются «подводные камни»: - если наш резонатор не закрыт с торцов, то энергия накапливаться в резонаторе не будет, а уйдёт после первого же прохода по волноводу наружу. А может мы к этому и стремимся? Либо тогда, необходимо делать металлические заглушки, которые не пропустят радиоволну по «не запланированному» пути. При этом, для исключения вывода энергии из резонаторов - в местах минимальной электромагнитной энергии волноводов, или их заглушек сделать отверстия для свободного проникновения воды.

Вывод энергии возможен как в первом варианте – электрическим контактом, но есть вариант более научный, который подходит для волн типа ТЕ01 и ТЕ11. Для вывода энергии необходимо по длине волновода сделать аккуратные продольные вырезы на длину не более 1/2 длины волны, что равно 0,61см. В варианте с типом волны ТЕ01, количество и место продольных отверстий практически не ограничено, хоть по всей длине и месте трубки, на кратных длине волны участках. В варианте с типом волны ТЕ11 количество и место продольных отверстий ограничено. Они должны располагаться в местах пересечения линий магнитного поля Н и так же могут быть по всей длине трубки, на кратных длине волны участках.

Я думаю необходимо экспериментировать в следующем порядке:

1. Выбираем вариант типа электромагнитных колебаний в волноводе - ТЕ01, со штырём возбуждения колебаний с торца (на установке это будет снизу). Испытываем ячейку Мэйера – замеряем производительность;

2. Устанавливаем заглушки из органического стекла по торцам трубки, обеспечивая герметичность. Испытываем;

3. Снимаем заглушки, делаем продольные прорезы как в варианте с волной ТЕ11, но штырь используем по прежнему типу электромагнитных колебаний - ТЕ01. Испытываем;

4. Устанавливаем торцевые металлические заглушки с дренажными отверстиями в центре. Испытываем;

5. Переделываем систему возбуждения на тип волны ТЕ11, сняв при этом заглушки. Испытываем;

6. Устанавливаем заглушки из органического стекла по торцам трубки, обеспечивая герметичность. Испытываем;

7. Устанавливаем торцевые металлические заглушки с дренажными отверстиями в центре. Испытываем.

Сравниваем производительность всех проведённых испытаний, выбираем лучший вариант, доводим его до ума и начинаем бережно относиться к экологии планеты. Если 5 (пятый) вариант окажется лучшим, то можно попробовать увеличить производительность, прорезав ещё несколько продольных отверстий.

Я неплохо разбираюсь в радиоэлектронике, но в технике СВЧ у меня общие поверхностные познания, поэтому у меня просьба к посетителям сайта: Если кто то из посетителей окажется специалистом в области распространения СВЧ - энергии, и может указать на мои ошибки, если они имеются, то убедительная просьба сделать это, а ещё лучше с указанием источника (книги, или научной статьи), для более глубокого понимания.

Недавно на глаза попался термин - "Изотропный диэлектрик", про который было сказано, что это - диэлектрик, который не препятствует распространению электромагнитных волн. Его применение может оказаться эффективным при заполнении пространства внутри волновода. Я попытался найти, что эта "филосовская" категория подразумевает "на ощупь" (авто-герметик, или силиконовый клей-наполнитель), так и не нашёл.

Когда я в последних числах декабря 2010 года начал создавать свой сайт, меня преследовал больше спортивный интерес. Я считал, что у меня в ближайшее время не будет ни времени, ни сил для самостоятельного изготовления водородной ячейки. В настоящее время мои взгляды поменялись. Причины тому имеются. Излагая свои мысли на сайте, я стал переписываться с умными и интересными людьми. Многое, в моей теории использования сверхвысоких частот "не срасталось". Переписка с людьми укрепила мою правоту использования СВЧ. Я окончательно определился в принципах работы, расчётах геометрических размеров и схеме сборки Ячейки.

Я буду заниматься улучшением сайта, но пока не проведу практического исследования с ячейкой, продолжать эту тематику я пока не буду. Для практической реализации кислородно-водородного генератора у меня уже имеется восемь пар трубок с высоким качеством внутренних поверхностей. Я благодарен человеку, выславшему мне эти трубки, буду продолжать с ним тесно сотрудничать. Так как, мои расчёты на месте "не стояли", появилась необходимость изготовления других важных элементов конструкции из нержавейки. Поэтому, практическая работа по изготовлению ячейки пока тоже остановилась, но у меня есть время заняться "электронной начинкой".

В следующей статье - "Разрыв молекул воды и Закон сохранения энергии" мы попытаемся "развеять" миф о несостоятельности Закона сохранения энергии и определимся с тем, какую воду использовать.


                                         
Самое популярное на сайте за декабрь


Самое новое на сайте

Отчёт о деятельности за 2017 год



Сайт создан в 2011 г. © Все права на материалы сайта, принадлежат Meanders.
Копирование материалов сайта и размещение на других интернет-ресурсах запрешено. По всем вопросам пишите мне на E-mail: netolkomilo@ya.ru