Силовая электроника для любителей и профессионалов
Силовая Электроника
Теория
Практика
Моделирование
Технологии
Альтернативная энергетика
Разное
Хобби
Не электроникой единой...
FAQ - ответы на вопросы

Энергия из окружающего пространства  >>  Часть 1. Эксперименты и инструменты для обнаружения ЭОП

Энергия из окружающего пространства (ЭОП)

Часть 1.

Эксперименты и инструменты для обнаружения ЭОП

1.1. Введение

Сегодня поиск альтернативной энергии стал массовым увлечением. Этой теме посвящено множество статей и форумов в Интернете. Всё чаще появляются материалы по альтернативной энергетике в средствах массовой информации. Можно сказать, что наше время - время мозгового штурма альтернативной энергетики.

Особое место в альтернативной энергетике занимает поиск Свободной Энергии (СЭ) непосредственно из окружающего пространства, показанной в роликах Тариэля Капанадзе, Дональда Смита и других изобретателей.

На поиск принципов получения СЭ, показанных в упомянутых роликах, потрачены годы жизни и немалые средства искателей СЭ. Опубликовано множество теорий, большинство из которых высосано из пальца. Но положительных результатов пока не опубликовано. 

- А может быть, энергии в окружающем нас пространстве вовсе и нет?
- Да есть же. Есть и расчёты, и публикации, и ролики на эту тему.
- Так в чём же дело?
- Дело в том, что большинству страждущих подавай сразу киловатты, на меньшее не согласны. А в роликах зажигают светодиоды. И это ох, как мало!

И тут хочется возразить. А может быть, прежде, чем пытаться получить огромные мощности, надо научиться получать малые? И кто знает, возможно, после изучения принципов получения малых мощностей, станет понятно, как получить больше?

Предлагаю читателю вместе со мной получить сначала немного, но всё же той самой вожделенной халявы, из окружающего нас пространства, попытаться грамотно её утилизировать, и изучить возможность увеличения мощности на выходе

Заранее договоримся не использовать никаких батареек и аккумуляторов. Хотя практически все устройства можно использовать для зарядки аккумуляторов, мы будем использовать конденсаторы. Это для того, чтобы не давать повода для сомнений особо одарённым личностям, коих, как показывает опыт, с каждым днём становится всё больше.

1.2. Какая энергия нас окружает?

Перед началом работы определимся, какая энергия находится в окружающем нас пространстве, и какую энергию мы собираемся утилизировать. 

Прежде всего, конечно, вокруг нас буйствует энергия электромагнитных излучений техногенного характера. Это излучения радиостанций, проводов силовых сетей, помехи от работы электродвигателей и радиоэлектронной аппаратуры. Общее свойство таких излучений - все они представляют собой импульсные или синусоидальные поля переменного тока. Назовём их электромагнитным мусором цивилизации. Эта энергия наиболее доступна в современном мире, особенно в городах, но добывать её в больших количествах проблематично.

Более заманчива для утилизации энергия Земли и её атмосферы. Это энергия, запасённая в огромном конденсаторе, образованном поверхностью Земли и ионосферой, про которую упоминал великий Н.Тесла. Результатом действия этого конденсатора является разность потенциалов между двумя точками, расположенными на разной высоте. Влажные потоки воздуха, двигаясь в магнитном поле земли, поляризуются и тоже создают разность потенциалов между нижними и верхними слоями воздуха. Наконец, просто дуновение ветра поляризует предметы вследствие трения воздуха. В отличие от электромагнитного мусора цивилизации, представляющего собой набор излучений переменного тока, все отмеченные здесь процессы являются электростатическими, утилизировать которые можно только создавая для них цепи постоянного тока.

Нам интересны оба вида энергии, поэтому приборы, которыми мы будем пользоваться, должны воспринимать как излучения переменного тока, так и статические электрические поля, отсюда первое требование – отсутствие иных конденсаторов в цепи от антенны до заземления, кроме накопительного.
Второе требование – антенна должна быть выполнена из неизолированного проводящего материала. Другими словами, в качестве антенны нельзя использовать изолированный провод.

  1.3. Простые эксперименты по обнаружению энергии в пространстве

Для того, чтобы оценить величину доступной нам энергии в окружающем нас пространстве, соберём простую схему, показанную на рисунке 1.1:

Рис. 1.1. Измерение напряжения на накопительном конденсаторе.

Схема представляет собой обыкновенный диодный выпрямительный мост D1-D4, вход которого включён между антенной и заземлением, а к выходу подключены накопительный конденсатор С1 и параллельно ему вольтметр. 

Вместо вольтметра можно подключить микроамперметр, как показано на рисунке 1.2:

 

 Рис. 1.2. Измерение тока в цепи антенны.

В качестве заземления я использовал батарею центрального отопления, а в качестве антенны - металлический карниз для штор, показанный на рисунке 1.3:

 

 Рис. 1.3. Карниз для штор в качестве антенны.

Диоды можно использовать любые. Есть мнение, что желательно, чтобы они были высокочастотные, для того, чтобы более эффективно собирать также электромагнитный мусор цивилизации. И достаточно высоковольтные - на случай, если вдруг где-то рядом случится молния, или другой выброс энергии. 

Я нашёл у себя диоды SF16. И собрал устройство по схеме, приведённой на рис. 1.1, поскольку достаточно чувствительного микроамперметра у себя не обнаружил. В результате получилось изделие, представленное на рисунке 1.4:

 

Рис. 1.4. Показание прибора при выключенном свете.

Как видно на рисунке, напряжение Uc на накопительном конденсаторе составляет 0,45 В. Нагрузкой служит внутреннее сопротивление Rv вольтметра. Оно оказалось равным 1 МОм. Имеем достаточно данных для расчёта тока в цепи антенны:

Ia = Uc / Rv = 0,45 / 1000000 = 0,00000045 [A] = 0,45 мкА.

и мощности Рн:

Рн = Uc * Ia = 0,45 * 0,00000045 = 0,0000001225 [Вт] = 0,1225 мкВт.

Запомним эту мизерную цифру. Таков наш старт. Кажется, использовать такую мощность никак нельзя, но всё же попробуем. Только сначала проведём наш первый эксперимент. Напряжение, показанное вольтметром на рис. 1.4 соответствует полудню, свет в комнате, естественно, выключен. Теперь включаем свет и видим на рисунке 1.5 показание вольтметра 0,36 В. Выключаем свет - показание соответствует рис. 1.4.

 

 Рис. 1.5. Показание прибора при включённом свете.

Объяснить это явление можно по-разному. Возможно, когда выключатель выключен, то есть, один провод разорван, второй провод служит антенной и создаёт вокруг себя электрическое поле. Когда второй провод замкнут, токи, протекающие в двух рядом идущих проводах в различных направлениях, взаимокомпенсируют излучение.

Продолжаем эксперимент. Выкручиваем в квартире все пробки. На каждую двухпроводную линию установлено по две пробки, значит, квартира полностью отключена от сети. Вольтметр показывает 0,55 В. Вкручиваем одну пробку, показание падает до 0,51 В. По мере вкручивания остальных пробок, показания возвращаются к исходным значениям. А это уже серьёзный удар по мнению некоторых теоретиков, считающих, что основной вклад энергии даёт электромагнитный мусор цивилизации. И очередное подтверждение предположения, что проводники, находящиеся под действием переменного тока, "тянут на себя" статические заряды из окружающего пространства. Если это действительно так, имеет смысл поставить эксперимент, в котором наша антенна подвергалась бы воздействию переменного напряжения. Сложность только в том, что по установленным ранее ограничениям, воздействие должно осуществляться за счёт принятой энергии, без использования внешних источников питания.

1.4. Использование накопленной энергии для зажигания светодиода 

Попытаемся всё же с какой-нибудь пользой использовать полученную нами энергию. Например, попытаемся для начала зажечь светодиод. Очевидно, если включить его напрямую, при токе 0,45 мкА никакого свечения мы не заметим. Попробуем некоторое время накапливать энергию в накопительном конденсаторе и, при достижении на нём некоторого заданного напряжения, разрядим его на светодиод. Схема такого устройства показана на рисунке 1.6.

 

           Рис. 1.6. Схема зажигания светодиода с накоплением энергии.

Одновибратор, выполненный на транзисторах Q1 и Q2, срабатывает, когда напряжение на накопительном конденсаторе C1 достигает величины, достаточной для пробоя стабилитрона D7. Транзисторы открываются и энергия, накопленная в конденсаторе С1, перетекает в конденсатор С3 и светодиод D9. Схема собрана навесным монтажом, как показано на рисунке 1.7, потому, что утечки при таком монтаже минимальны. В качестве стабилитрона использован эмиттерный переход транзистора КТ3107 в обратном включении, с напряжением пробоя 6 В. Можно использовать также светодиод в прямом включении. Чем больше напряжение пробоя стабилитрона, тем больше яркость вспышек светодиода и меньше их частота.

 

Рис. 1.7. Схема в собранном виде.

Схема простая, но не оптимальная. Известно, что при непосредственном соединении двух конденсаторов, заряд из одного в другой передаётся с потерей энергии. Для оптимальной передачи энергии из конденсатора С1 в конденсатор С3 необходимо использовать промежуточную индуктивность. Схема, использующая промежуточную индуктивность, показана на рисунке 1.8.

 

 Рис. 1.8. Схема зажигания светодиода с промежуточной индуктивностью.

Величина индуктивности L1 не влияет на работоспособность схемы. При индуктивности, равной нулю, получаем предыдущую схему, тоже работоспособную. В качестве L1 можно использовать практически любой дроссель из компьютерного источника питания. Я использовал дроссель из разбитой энергосберегающей лампы, как это видно на рисунке 1.9.

      Рис. 1.9. Схема зажигания светодиода с промежуточной индуктивностью в сборе.  

Ёмкость конденсатора С1 тоже не критична. Чем она больше, тем реже и ярче вспыхивает светодиод. Важное значение для всех элементов схемы имеет отсутствие утечек и обратных токов.

Собрав эту схему, мы получили отличный инструмент для исследования свойств окружающего нас пространства. Изменением номиналов деталей схемы, её можно адаптировать для утилизации энергии в большом диапазоне мощности.

1.5.  Оценка внутреннего сопротивления и ЭДС источников сигналов, связанных с антеннами.

В надежде провести эксперименты со статическим полем, я выехал в село к друзьям в гости. Но всё время моросил дождь, и никакой статики обнаружить не удалось. Пришлось работать с тем, что было.
Эксперимент проводился в частном доме на краю села, по схеме, показанной на рисунке 1.1. Все детали схемы, кроме вольтметра, были помещены в герметичный железный корпус. Корпус соединялся с выводом заземления.
Для экспериментов использовались две антенны. Одна антенна, длиной около 3 м, располагалась в комнате, в направлении с востока на запад ,вторая, порядка 15 м, располагалась во дворе, в направлении с севера на юг. Один конец антенны был укреплён на мачте высотой 6 м, второй конец проходил через щель в окне на высоте 2 м, прямо к рабочему месту.
Осциллограммы сигналов с обеих антенн выглядели одинаково, как показано на рисунке 1.10.

Рис. 1.10. Осциллограмма сигнала с антенны в комнате. 
 X = 5 мс / дел, Y = 0,2 В / дел, Rвх = 1 МОм.

Целью экспериментов было определение внутреннего сопротивления и ЭДС источников тока, в качестве которых выступают антенны.
Суть эксперимента - в измерении сигналов непосредственно с антенн и при включении последовательно с антеннами дополнительного сопротивления. Имея систему из двух уравнений, можно вычислить два неизвестных – внутреннее сопротивление и ЭДС источников тока.
Эквивалентная схема эксперимента представлена на рисунке 1.11.

Рис. 1.11. Эквивалентная схема измерения внутреннего сопротивления источников тока.

На схеме E0 - источник напряжения сигнала, наведённого выводами самого прибора, поскольку поместить его в коробку не удалось, и при отключённых антеннах прибор показывал напряжение 0,05 В. E1 и E2 - источники напряжений, связанные с антеннами А1 и А2 соответственно. Ri0, Ri1 и Ri2 - внутренние сопротивления указанных источников сигнала. Rдоб - добавочное сопротивление.
Поскольку внутреннее сопротивление прибора Rv (1МОм) во много раз меньше внутренних сопротивлений источников Ri0, Ri1 и Ri2 (десятки МОм), можно с большой точностью считать, что токи из антенн суммируются в сопротивлении Rv.
Измерения проводились при двух значениях добавочного сопротивления Rдоб - 30 МОм и 50,5 МОм. Результаты измерений заносились в таблицу 1.1.

Таблица 1.1. Результаты измерений.

Величина Rдоб,
Ом

Величина тока в приборе,* мкА

Величина тока в антенне, мкА

J0**

J1**

J2**

J12**

I1=J1-J0

I2=J2-J0

I12=J12-J0

0

0,05

0,27

0,26

0,47

0,22

0,21

0,42

30000000

0,05

0,24

0,18

0,21

0,19

0,13

0,16

50500000

0,05

0,22

0,13

0,15

0,17

0,10

0,09

* Величина тока в приборе рассчитана по закону Ома, и равна показанию прибора в вольтах, делённому на его внутреннее сопротивление 1000000 Ом.
** J0 – ток в приборе при отключённых антеннах. (Наводится проводами самого прибора). J1 – ток в приборе при подключении внутренней антенны (3 м). J2 - ток в приборе при подключении внешней антенны (15 м). J12 - ток в приборе при подключении обеих антенн одновременно.
Из таблицы видно, что предположение о суммировании токов из антенн А1 и А2 в приборе подтвердилось. При отсутствии добавочного сопротивления сумма токов I1 + I2 = 0,22 мкА + 0, 21 мкА  = 0.43 мкА  с большой точностью соответствует измеренному суммарному току I12 = 0,42 мкА.
По результатам измерений можно составить для каждого варианта систему уравнений:

In = En / Rin
Inдоб = En / (Rin + Rдоб),

Где n – номер антенны, En – ЭДС связанного с ней источник напряжения, Rin – внутреннее сопротивление источника напряжения, Rдоб – добавочное сопротивление (30 Мом, или 50,5 Мом).
Разделив первое уравнение на второе, получим:

In / Inдоб = En * (Rin + Rдоб) / (En * Rin) = 1 + Rдоб / Rin,

откуда находим решение для Rin в общем виде:

Rin = Rдоб / (In / Inдоб – 1). 

Выражение для En получим из первого уравнения:

En = In * Rin.

Не буду напрягать читателя расчётами, а представлю результаты расчётов в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Результаты расчётов.

Величина Rдоб,
Ом

Внутреннее сопротивление МОм

Величина ЭДС, В

Антенна 1

Антенна 2

Антенна 1

Антенна 2

30000000

190

49

42

9

50500000

172

46

38

8

Средняя величина

181

47,5

40

8,5

Из таблицы следует, что величины, рассчитанные при двух значениях добавочного сопротивления, совпадают с точностью 10 %. С учётом непостоянства во времени напряжений из антенн, этот результат можно считать удовлетворительным.

В итоге, из результатов экспериментов, можно сделать некоторые выводы:

1. Внутреннее сопротивление источника напряжения, связанного с антенной, составляет десятки МОм и зависит от длины антенны. С увеличением длины антенны сопротивление уменьшается.

2. Токи из двух антенн, по крайней мере, достаточно удалённых одна от другой, складываются.

И в заключение эксперимента хочется осознать, с чем мы имеем дело.
Для начала отметим тот факт, что все электрические сети страны закольцованы. Это значит, что во всей стране напряжения в сетях синфазны. Если учесть, что длина волны сигнала с частотой 50 Гц составляет величину порядка 6000 км, и один провод сети заземлён, становится понятно, что в пределах одного города относительно земли одновременно действуют электрические поля от трёх фаз электросети. И все точки в городе находятся под воздействием суперпозиции этих полей. То есть, если Вы используете антенну в своей комнате, на неё действуют не только наводки от проводов в Вашей квартире, но и от проводов всего дома и даже района.

В частности, это означает, что если Вы возьмёте, например, три антенны, на каждую из которых наводится напряжение от разных фаз, то в результате сложения на выходе может оказаться полный ноль. То есть, фазы напряжения на разных антеннах могут не совпадать. Отсюда следует вывод, что в идеале для каждой антенны должен быть использован свой выпрямитель.

1.6. Техника безопасности

В процессе работы выяснилось, что необходимо соблюдать некоторые правила техники безопасности.
- Во-первых, прежде, чем касаться деталей схемы включённым в сеть паяльником, необходимо отключить антенну и заземление, а выводы антенны и заземления желательно замкнуть. В противном случае конденсатор С1 может зарядиться до нескольких десятков и даже сотен вольт, и, например, в момент впаивания дросселя L1, выходят из строя оба транзистора и стабилитрон.
- Во-вторых, нельзя включать схему без нагрузки, ограничивающей напряжение на конденсаторе С3. Оно также может возрасти до нескольких десятков вольт. Наиболее предпочтительной нагрузкой являются один или несколько светодиодов, включённых последовательно, или заряжаемый от схемы аккумулятор.
- В-третьих, при использовании наружной антенны, необходимо между выводами антенны и заземления включить разрядник. При этом в схеме использовать элементы с высоким рабочим напряжением. Кроме того, необходимо соблюдать общепринятые правила техники электро- и пожарной безопасности.

Продолжение >>

Силовая Электроника  |  Теория  |  Практика  |  Моделирование  |  Технологии  |  Альтернативная энергетика  |   Энергия из окружающего пространства  |  Разное  |  Хобби  |  Не электроникой единой...  |  FAQ - ответы на вопросы