RU2414803C2 - Device for shaping uniform electric field in electroconductive medium - Google Patents
Device for shaping uniform electric field in electroconductive medium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2414803C2 RU2414803C2 RU2007146273/07A RU2007146273A RU2414803C2 RU 2414803 C2 RU2414803 C2 RU 2414803C2 RU 2007146273/07 A RU2007146273/07 A RU 2007146273/07A RU 2007146273 A RU2007146273 A RU 2007146273A RU 2414803 C2 RU2414803 C2 RU 2414803C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- electric field
- rings
- charges
- cylindrical
- Prior art date
Links
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к движению электрических зарядов в электропроводной среде.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the movement of electric charges in an electrically conductive medium.
Известны устройства для передачи электроэнергии через электропроводную среду прямым контактом при помощи плоских металлических электродов различной формы и расположения. Электрическое поле, создаваемое в среде между ними, принято считать равномерным, при определенных токах [Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - 4-е изд., исп. - М.: Наука. - Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - С.187].Known devices for transmitting electricity through an electrically conductive medium by direct contact using flat metal electrodes of various shapes and locations. The electric field created in the medium between them is considered to be uniform at certain currents [Yavorsky BM, Seleznev Yu.A. A reference guide to physics for applicants to universities and for self-education. - 4th ed., Spanish. - M .: Science. - Ch. ed. Phys.-Math. lit., 1989. - P.187].
Недостаток - только геометрической формой и расположением плоских электродов не возможно создать равномерное распределение электрического поля между электродами в электропроводной среде, так как любую плоскую фигуру можно представить торцевым электродом, где истечение больших токов происходит по периметру площади контакта.The disadvantage is that it is not possible to create a uniform distribution of the electric field between the electrodes in an electrically conductive medium only by the geometrical shape and location of the flat electrodes, since any flat figure can be represented by an end electrode, where large currents flow around the perimeter of the contact area.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде, основанный на истечении зарядов с электродов-иголок, расположенных перпендикулярно поверхности истечения - «люстра Чижевского» [Чижевский А.Л. Аэроионы и жизнь. Беседы с Циолковским / Сост., вступ. ст., подбор ил. Л.В.Голованова. - М.: Мысль, 1999. - С. 410-415 (прототип)].The closest in technical essence to the present invention is a device for generating a uniform electric field in an electrically conductive medium, based on the expiration of charges from needle electrodes located perpendicular to the surface of the expiration - "Chizhevsky chandelier" [A. Chizhevsky. Air ions and life. Conversations with Tsiolkovsky / Comp., Entry. Art., selection of ill. L.V. Golovanova. - M .: Thought, 1999. - S. 410-415 (prototype)].
Недостаток данного устройства заключается в том, что по законам электричества истечение зарядов не происходит одновременно со всех точек поверхности электрода (концов иголок), а только с тех, в которых проводимость среды, например воздуха, максимальна.The disadvantage of this device is that, according to the laws of electricity, the outflow of charges does not occur simultaneously from all points of the electrode surface (the ends of the needles), but only from those in which the conductivity of the medium, such as air, is maximum.
Задачей изобретения является обеспечение наибольшей равномерности распределения электрического поля во время прохождения одного из полупериодов переменного тока в электропроводной среде.The objective of the invention is to provide the most uniform distribution of the electric field during the passage of one of the half-periods of alternating current in an electrically conductive medium.
Задача решается устройством для формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде, содержащим не менее трех фазных колец разного диаметра, расположенных соосно, цилиндрические фазные электроды, размещенные равномерно на фазных кольцах, и нулевой электрод, а каждое фазное кольцо соединено с соответствующим средством ограничения тока для подачи через него напряжения на фазное кольцо.The problem is solved by a device for forming a uniform electric field in an electrically conductive medium, containing at least three phase rings of different diameters, arranged coaxially, cylindrical phase electrodes placed uniformly on the phase rings, and a zero electrode, and each phase ring is connected to a corresponding current limiting means for supplying through it the voltage on the phase ring.
При этом фазные кольца расположены в одной плоскости, а нулевой электрод выполнен в виде диска.In this case, the phase rings are located in the same plane, and the zero electrode is made in the form of a disk.
Кроме того, каждое средство ограничения тока выполнено в виде сопротивления.In addition, each current limiting means is configured as a resistance.
Для формирования равномерного электрического поля подают напряжение на все фазные кольца с ограничением тока на каждом фазном кольце и подключением нулевой фазы к нулевому электроду с обеспечением формирования конусных поверхностей из одноименных зарядов, растекающихся с кромок торцов цилиндрических фазных электродов через электропроводную среду в направлении нулевого электрода и создания зон равномерно распределенных зарядов в заданном объеме электропроводной среды, расположенной между торцами цилиндрических фазных электродов и нулевым электродом.To form a uniform electric field, voltage is applied to all phase rings with current limiting on each phase ring and connecting the zero phase to the zero electrode to ensure the formation of conical surfaces of the same charges spreading from the edges of the ends of the cylindrical phase electrodes through an electrically conductive medium in the direction of the zero electrode and creating zones of uniformly distributed charges in a given volume of an electrically conductive medium located between the ends of cylindrical phase electrodes and zero electrode.
Сопоставительный анализ с прототипом [Чижевский А.Л. Аэроионы и жизнь. Беседы с Циолковским / Сост., вступ.ст., подбор ил. Л.В.Голованова. - М.: Мысль, 1999. - С. 410-415] показывает, что формируемое с помощью заявленного устройства электрическое поле равномерно распределено в момент прохождения через электропроводную среду одного из полупериодов переменного электрического тока и имеет плотную структуру в виде кольцевых зон, составленных из полых конусов истечения одноименных зарядов.Comparative analysis with the prototype [Chizhevsky A.L. Air ions and life. Conversations with Tsiolkovsky / Comp., Introductory article, selection of ill. L.V. Golovanova. - M .: Thought, 1999. - S. 410-415] shows that the electric field generated by the claimed device is uniformly distributed at the moment of passage through the electrical medium of one of the half-periods of alternating electric current and has a dense structure in the form of annular zones composed of hollow cones of the expiration of the same charges.
Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Новизна».Thus, the present invention meets the criterion of "Novelty."
Сравнение заявленного решения с другими решениями показывает, что известно о наличии равномерного электрического поля при истечении зарядов с поверхности проводника, в электропроводную среду при малых токах, а увеличение тока приводит к истечению зарядов с максимально удаленных друг от друга точек объемной поверхности электрода и равноудаленных от второго электрода [Общая электротехника с основами электроники. Учебник для техникумов / В.А.Гаврилюк, Б.С.Гершунский, А.В.Ковальчук. - Киев: Вища школа. Головное изд-во. 1980. - С.10, 15, 44]. Однако неизвестно, что равномерное распределение электрического поля при прохождении одного из полупериодов переменного электрического тока в электропроводной среде может быть создано путем равномерного распределения одноименных зарядов, стекающих с цилиндрических фазных электродов, встроенных в фазные кольца, которые расположены соосно.Comparison of the claimed solution with other solutions shows that it is known that there is a uniform electric field when the charges expire from the surface of the conductor, into the electrically conductive medium at low currents, and an increase in current leads to the expiration of charges from points of the electrode’s bulk surface that are most distant from each other and equally from the second electrode [General electrical engineering with the basics of electronics. Textbook for technical schools / V.A. Gavrilyuk, B.S. Gershunsky, A.V. Kovalchuk. - Kiev: Vishka school. Head Publishing House. 1980. - S. 10, 15, 44]. However, it is not known that a uniform distribution of the electric field during the passage of one of the half-periods of alternating electric current in an electrically conductive medium can be created by uniformly distributing the same charges flowing down from cylindrical phase electrodes embedded in phase rings that are aligned.
Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Изобретательский уровень».Thus, the present invention meets the criterion of "Inventive step".
Покажем возможность, например, цилиндрического фазного электрода передавать электрические заряды с его поверхности для формирования равномерного электрического поля в заданном объеме электропроводной среды, основываясь на законе Ома для всей цепи, законе Кулона (силе взаимодействия двух зарядов) и первом законе Кирхгофа.Let us show the possibility, for example, of a cylindrical phase electrode to transfer electric charges from its surface to form a uniform electric field in a given volume of an electrically conductive medium, based on Ohm's law for the entire circuit, Coulomb's law (the force of interaction of two charges), and Kirchhoff's first law.
Основные положения, лежащие в основе изобретения.The main provisions underlying the invention.
1. Движение электрических зарядов в проводниках происходит по поверхности [Общая электротехника с основами электроники. Учебник для техникумов / В.А.Гаврилюк, Б.С.Гершунский, А.В.Ковальчук. - Киев: Вища школа. Головное изд-во. 1980. - С.10, 15, 44].1. The movement of electric charges in conductors occurs on the surface [General electrical engineering with the basics of electronics. Textbook for technical schools / V.A. Gavrilyuk, B.S. Gershunsky, A.V. Kovalchuk. - Kiev: Vishka school. Head Publishing House. 1980. - S. 10, 15, 44].
2. Истечение зарядов с поверхности (кромки) торца (это острые выступы - где наблюдается наибольшая плотность зарядов) электрода в начальный момент перехода в электропроводную среду имеет форму окружности (насыщенную одноименными электрическими зарядами).2. The outflow of charges from the surface (edge) of the end (these are sharp protrusions - where the highest charge density is observed) of the electrode at the initial moment of transition to an electrically conductive medium has the shape of a circle (saturated with the same electric charges).
Затем эти окружности, заполненные электрическими зарядами под действием Кулоновских сил, расширяются.Then these circles, filled with electric charges under the influence of Coulomb forces, expand.
Согласно закону взаимодействия двух точечных одноименных зарядов [там же]According to the law of interaction of two point charges of the same name [ibid.]
где F - сила взаимодействия двух зарядов, Q1 и Q2 - величины зарядов, εабс - абсолютная диэлектрическая проницаемость, l - расстояние между зарядами, происходит в электропроводной жидкой среде увеличение расстояния между зарядами. В каждый следующий момент времени при движении одноименных зарядов расстояние увеличивается. Таким образом получается конусная поверхность, состоящая из потока одноименных электрических зарядов.where F is the force of interaction of two charges, Q 1 and Q 2 are the magnitudes of the charges, ε abs is the absolute dielectric constant, l is the distance between charges, an increase in the distance between charges occurs in an electrically conductive liquid medium. At each subsequent moment in time, with the movement of the same charges, the distance increases. Thus, a conical surface is obtained, consisting of a stream of electric charges of the same name.
3. Цилиндрические фазные электроды размещаются, например, на фазном кольце и подается фазное напряжение. Тогда согласно первому закону Кирхгофа [там же]:3. Cylindrical phase electrodes are placed, for example, on a phase ring and phase voltage is applied. Then according to the first law of Kirchhoff [ibid.]:
где I1, I2, … + IN - токи, входящие в узел, I1, I2, … + IM - токи выходящие из узла.where I 1 , I 2 , ... + I N - currents entering the node, I 1 , I 2 , ... + I M - currents leaving the node.
4. Все входящие цепи входных токов (I1 + I2 + … + IN) соединяются в один узел. При этом узел можно выполнить в виде окружности, а выходящие цепи - в виде набора стержней - цилиндрических фазных электродов, например, с плоскими цилиндрическими торцами,4. All incoming input current circuits (I 1 + I 2 + ... + I N ) are connected into one node. In this case, the node can be made in the form of a circle, and the outgoing circuits - in the form of a set of rods - cylindrical phase electrodes, for example, with flat cylindrical ends,
5. Для создания равномерного электрического поля в заданном объеме электропроводной среды предлагается сжать конусные поверхности (путем изменения расстояния между фазными электродами, причем, используя закон Кулона (1)), заполненные движущимися однополярными зарядами, набором фазных колец с увеличивающимися диаметрами (цилиндрические фазные электроды, расположены на одинаковом расстоянии друг от друга) и расположить их соосно, например, в одной плоскости.5. To create a uniform electric field in a given volume of the electrically conductive medium, it is proposed to compress the conical surfaces (by changing the distance between the phase electrodes, moreover, using Coulomb's law (1)) filled with moving unipolar charges, a set of phase rings with increasing diameters (cylindrical phase electrodes, located at the same distance from each other) and arrange them coaxially, for example, in one plane.
6. Учитывая расположение набора фазовых колец с одинаковым количеством цилиндрических фазных электродов, расположенных равномерно по окружности, необходимо на каждое кольцо с набором цилиндрических фазных электродов, ограничить токи, например, резисторами. Объяснение связано с использованием законом Ома для всей цепи.6. Given the location of the set of phase rings with the same number of cylindrical phase electrodes arranged uniformly around the circumference, it is necessary for each ring with a set of cylindrical phase electrodes to limit currents, for example, by resistors. The explanation is related to the use of Ohm's law for the entire chain.
Согласно закону Ома (3)According to Ohm's Law (3)
I - ток проходящий через электрод и электропроводную среду, U - напряжение подаваемое на кольцо с электродами, R - сопротивление электрода, r - сопротивление электропроводной среды.I is the current passing through the electrode and the conductive medium, U is the voltage supplied to the ring with electrodes, R is the resistance of the electrode, r is the resistance of the conductive medium.
7. Расчетное обоснование ограничения входящего тока (согласно формуле (3) закона Ома) в фазные кольца при заданном количестве цилиндрических фазных электродов для создания равномерного электрического поля в заданном объеме электропроводной среды.7. The calculated justification for the limitation of the incoming current (according to formula (3) of Ohm's law) to the phase rings for a given number of cylindrical phase electrodes to create a uniform electric field in a given volume of the conductive medium.
Пример расчета величин сопротивлений, включаемых в электрическую цепь, состоящую из источника напряжения, электродов и электропроводной среды (например, для трех фазных колец).An example of calculating the resistance values included in an electrical circuit consisting of a voltage source, electrodes and an electrically conductive medium (for example, for three phase rings).
Задаемся количеством цилиндрических фазных электродов на фазных кольцах: на первом фазном кольце расположено, например, 5 цилиндрических фазных электродов, на втором фазном кольце расположено, например, 10 цилиндрических фазных электродов, на третьем фазном кольце расположено, например, 15 цилиндрических фазных электродов. Расстояние между цилиндрическими фазными электродами выбираем, например, 5 см.We set the number of cylindrical phase electrodes on the phase rings: for example, 5 cylindrical phase electrodes are located on the first phase ring, for example, 10 cylindrical phase electrodes are located, for example, 15 cylindrical phase electrodes are located on the third phase ring. The distance between the cylindrical phase electrodes is chosen, for example, 5 cm.
Тогда входящий ток для первого фазного кольца составит (согласно формуле (2) первого закона Кирхгофа) 5 А (задавшись по одному амперу выходящего тока с каждого цилиндрического фазного электрода).Then the incoming current for the first phase ring will be (according to formula (2) of the first Kirchhoff law) 5 A (asking one ampere of the output current from each cylindrical phase electrode).
Входящий ток для второго фазного кольца составит (согласно формуле (2) первого закона Кирхгофа) 10 А (задавшись по одному амперу выходящего тока с каждого цилиндрического фазного электрода).The incoming current for the second phase ring will be (according to formula (2) of the first Kirchhoff law) 10 A (having set one ampere of the output current from each cylindrical phase electrode).
Входящий ток на третьем фазном кольце составит (согласно формуле (2) первого закона Кирхгофа) 15 А (задавшись по одному амперу выходящего тока с каждого цилиндрического фазного электрода).The incoming current on the third phase ring will be (according to formula (2) of the first Kirchhoff law) 15 A (asking one ampere of the output current from each cylindrical phase electrode).
При использовании источника питания, равном 220 В (согласно формуле (3) закона Ома), получаем для первого кольца добавочное сопротивление R1=44 Ом, R2=22 Ом, R3=15 Ом. Считаем, что сопротивление (г) электропроводящей среды - величиной постоянной.When using a power supply equal to 220 V (according to formula (3) of Ohm's law), we obtain the additional resistance R 1 = 44 Ohms, R 2 = 22 Ohms, R 3 = 15 Ohms for the first ring. We believe that the resistance (g) of the electrically conductive medium is a constant value.
Таким образом, создается возможность создания в заданном объеме электропроводной среды равномерного электрического поля путем сжатия конусных поверхностей, заполненных движущимися однополярными зарядами (согласно формуле (1) закона Кулона), при условии набора фазных колец с увеличивающимися диаметрами (цилиндрические фазные электроды, расположены на одинаковом расстоянии друг от друга).Thus, it is possible to create a uniform electric field in a given volume of an electrically conductive medium by compressing conical surfaces filled with moving unipolar charges (according to formula (1) of the Coulomb law), provided that a set of phase rings with increasing diameters (cylindrical phase electrodes are located at the same distance apart).
На чертеже изображена схема истечения зарядов в электропроводную среду с устройства, состоящего из трех фазных колец разного диаметра со встроенными фазными электродами. Для наглядности фазные кольца расположены соосно, но смещены по оси.The drawing shows a diagram of the flow of charges into an electrically conductive medium from a device consisting of three phase rings of different diameters with built-in phase electrodes. For clarity, the phase rings are aligned, but offset along the axis.
Предлагаемое устройство содержит: 1 - фазные кольца разного диаметра, 2 - цилиндрические фазные электроды, 3 - поток электронов истекающих в заданный объем электропроводной среды, 4 - нулевой электрод, выполненный в виде диска, 5 - зона равномерного распределения электрических зарядов в заданном объеме электропроводной среды, 6 - сопротивления, ограничивающий ток на кольца с электродами, 7 - источник напряжения.The proposed device contains: 1 - phase rings of different diameters, 2 - cylindrical phase electrodes, 3 - a stream of electrons flowing into a given volume of a conductive medium, 4 - a zero electrode made in the form of a disk, 5 - a zone of uniform distribution of electric charges in a given volume of a conductive medium 6 - resistance, limiting current to rings with electrodes, 7 - voltage source.
Цилиндрические фазные электроды 2 расположены равномерно на нескольких фазных кольцах 1, как минимум трех, расположенных соосно.Cylindrical phase electrodes 2 are arranged uniformly on several phase rings 1, at least three, located coaxially.
Подают напряжение от источника 7 на все фазные кольца 1 с ограничением тока сопротивлениями 6 на каждом фазовом кольце 1.They apply voltage from source 7 to all phase rings 1 with current limiting by resistances 6 on each phase ring 1.
Подключают нулевую фазу к электроду 4 (фиг.1), выполненному в виде диска.Connect the zero phase to the electrode 4 (figure 1), made in the form of a disk.
Происходит формирование конусной поверхности 3 из одноименных зарядов, растекающихся с торцов цилиндрических фазных электродов 2 через электропроводную среду в заданном объеме в направлении нулевого электрода 4, выполненного в виде диска.The formation of the conical surface 3 of the same charges, spreading from the ends of the cylindrical phase electrodes 2 through the electrically conductive medium in a given volume in the direction of the zero electrode 4, made in the form of a disk.
При этом происходит создание зон 5 равномерного распределения зарядов в заданном объеме электропроводной среды, расположенной между торцами цилиндрических фазных электродов 2 и нулевым электродом 4.When this occurs, the creation of zones 5 of a uniform distribution of charges in a given volume of an electrically conductive medium located between the ends of the cylindrical phase electrodes 2 and the zero electrode 4.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007146273/07A RU2414803C2 (en) | 2007-12-14 | 2007-12-14 | Device for shaping uniform electric field in electroconductive medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007146273/07A RU2414803C2 (en) | 2007-12-14 | 2007-12-14 | Device for shaping uniform electric field in electroconductive medium |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007146273A RU2007146273A (en) | 2009-06-20 |
| RU2414803C2 true RU2414803C2 (en) | 2011-03-20 |
Family
ID=41025496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007146273/07A RU2414803C2 (en) | 2007-12-14 | 2007-12-14 | Device for shaping uniform electric field in electroconductive medium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2414803C2 (en) |
-
2007
- 2007-12-14 RU RU2007146273/07A patent/RU2414803C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Чижевский А.Л. Аэроионы и жизнь. Беседы с Циолковским. - М.: Мысль, 1999, с.410-415. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007146273A (en) | 2009-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jackson | Surface charges on circuit wires and resistors play three roles | |
| TW201031279A (en) | Controlling ion energy distribution in plasma processing systems | |
| US20130106316A1 (en) | Resistive foil edge grading for accelerator and other high voltage structures | |
| RU2414803C2 (en) | Device for shaping uniform electric field in electroconductive medium | |
| Yan et al. | High-speed Si films based threshold switching device and its artificial neuron application | |
| RU2332746C1 (en) | Method of uniform electric field generation in electroconductive medium | |
| EP2492711A1 (en) | An ionization chamber | |
| JP6240676B2 (en) | A substantially square high power pulse generator with adjustable slope. | |
| Fischer-Cripps | The electronics companion | |
| CN104751716A (en) | Ohm law digital demonstrating instrument | |
| Gürdal | Graphical exploration of the trajectories of electric fields and equipotentials outside the conducting strip carrying steady current | |
| Baldwin | Discovery of electricity and the electromagnetic force: Its importance for environmentalists, educators, physicians, politicians, and citizens | |
| Vollmer et al. | Music through the skin—simple demonstration of human electrical conductivity | |
| Hinrichs et al. | Circuit Elements | |
| Pokryvailo | Behavior of HV cable at short circuit | |
| RU2723073C1 (en) | Structure with resistive switching | |
| Chaisiri et al. | The investigation on electrical characteristic of saline solution | |
| Rajaraman | The field of a rotating cylindrical magnet | |
| US584957A (en) | Francis jar vis patten | |
| CN106526272A (en) | Novel precision shunt | |
| KR20170135354A (en) | Method and device for coating particles with graphene and making graphene flakes by using underwater plasma device | |
| US392213A (en) | Transformation and distribution | |
| Kryzhanovskiĭ | A history of the invention of and research on the coherer | |
| Alvarez-Cespedes | Tesla Hairpin Circuit | |
| Min et al. | Miniaturized two-stack Blumlein pulser with a variable repetition-rate for non-thermal irreversible-electroporation experiments |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110227 |