ЭНЕРГИЯ ИМПУЛЬСОВ, ИЛИ В ЛАБИРИНТЕ ПРОТИВОРЕЧИЙ

Анонс. Электротехники и специалисты импульсной техники игнорируют явные противоречия в оценке энергетики импульсов. Устранение этих противоречий привело к открытию закона формирования мощности в электрической цепи.

Пояснения к рисункам: а) – экспериментальная батарея отопления с энергетической эффективностью более 2000%; b) осциллограмма напряжения со скважностью импульсов S=100.

430. Удалось ли изготовить действующие лабораторные образцы высокоэффективных нагревательных приборов? Испытано несколько образцов нагревательных приборов. Последняя из экспериментальных батарей имела три последовательно соединённые водонагревательные ячейки (рис. 1, а), а обычная такая же батарея была оборудована стандартным нагревательным элементом мощностью 1кВт. Обе батареи имели насосы от стиральной машины для прокачки раствора. Скорость нагрева раствора в обоих батареях выравнивалась изменением напряжения на клеммах обычной батареи. В результате обе они нагрелись до температуры 86 градусов, примерно за 30 минут. Мощность на клеммах обычной батареи была 880 Ватт, а на клеммах экспериментальной батареи – 45 Ватт. Из них 30 Ватт шло на работу насоса для прокачки раствора и 15 Ватт - на нагревание раствора. Источник питания генерировал импульсы напряжения около 1000 Вольт, а нагрузка генерировала импульсы тока около 150А. Скважность импульсов была равна 100, а длительность импульсов около 0,00007с.

431. Почему же до сих пор нет таких нагревательных приборов в продаже? Это законный вопрос с длинным ответом. Поэтому мы сформулируем серию дополнительных вопросов, ответы на которые прояснят ситуацию.

432. Чему равна мощность на клеммах счётчика электроэнергии? Этот детский, если можно так сказать, вопрос имеет элементарный ответ. Мощность на клеммах электросчётчика равна произведению величины напряжения на величину тока Р=UxI.

433. Чему равна мощность на клеммах импульсного потребителя электроэнергии? Специалист потребует уточнения и спросит: при каком косинусе фи? Не будем пояснять суть этой тонкости, но ответим специалисту, что импульсы напряжения и тока не имеют сдвига во времени и меняются синхронно. Тогда специалист ответит: мощность на клеммах такого потребителя электроэнергии будет равна произведению импульсов напряжения Ua и тока Ia, делённому на скважность S импульсов, то есть Р=(Ua x Ia)/S. Так написано в учебниках по электротехнике и импульсной технике, и такой же результат даёт счётчик электроэнергии, установленный на входе в систему. Конечно, с этим можно было бы согласиться, если бы отсутствовали противоречия в показаниях различных проборов, которые игнорировались более 100 лет. Поэтому мы были вынуждены искать причины этих противоречий. В чем их суть? Для ответа на этот вопрос формулируем встречный вопрос.

434. Что такое скважность импульсов? На рис. 1, b показана осциллограмма импульсов напряжения. Видно, что импульсы занимают незначительную часть площади осциллограммы. Если мы проведём горизонтальную линию по средней величине импульсов, то получим прямоугольник. Сразу ясно, что этот прямоугольник соответствует постоянному напряжению, а отношение площади этого прямоугольника к площади, занимаемой импульсами, и будет называться скважностью S импульсов. В данном случае она близка к 100. Формулируем следующие вопросы.

435. Чему равно среднее напряжение Uc импульсов? Учебники подсказывают нам: среднее напряжение Uc равно средней амплитуде импульсов Uca, делённой на скважность S импульсов, то есть Uc=Uca/S. Вольтметр, стоящий перед потребителем таких импульсов подтверждает это.

436. Чему равен средний ток Ic импульсов, если они меняются синхронно с напряжением? Учебник отвечает нам: средняя величина тока Ic равна средней величине амплитуды тока Ica, делённой на скважность S импульсов, то есть Ic=Ica/S. Амперметр подтвердит этот результат.

437. Чему равна мощность на клеммах импульсного потребителя электроэнергии? Показания вольтметра и амперметра и законы физики обязывают нас определить среднюю мощность Рс, как произведение средних значений напряжения и тока, то есть Рс=Uc x Ic= (Uca x Ica)/S^2. Ваттметр, установленный на клеммах потребителя импульсов подтвердит наш расчёт. Главная его особенность заключается в том, что произведение средних значений импульсов напряжения и тока мы разделили на скважность импульсов не один раз, как этого требуют учебники по электротехнике и импульсной технике, а дважды (S^2). Удивительным является то, что счётчик электроэнергии, стоящий на входе в систему, покажет результат, соответствующий делению произведения средних значений напряжения и тока на скважность не два раза, а один раз (S). Где же выход из этих противоречий?

Литература
1. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. 8-е издание. Краснодар, 2007. 750стр.