CC BY
25
14. Wolfengagen V.E., 2014. Computational Invariants in Applicative Model of Object Interaction. Life Science Journal 2014;11(09s):453-457
15. Wolfengagen V.E., 2010. Semantic modeling: Computational models of the concepts in Proc. 2010 International Conference on Computational Intelligence and Security, CIS 2010 pp. 42 - 46 doi: 10.1109/CIS.2010.16
Корнеев А.С.1, Сухова Т.А.2, Суркаев А.Л.
'Студент, Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета (ВПИ (филиал) ВолгГТУ), 2кандидат физико-математических наук, доцент, ВПИ (филиал) ВолгГТУ 3кандидат технических наук, доцент, ВПИ (филиал) ВолгГТУ ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЛЬНОЙ КОМПОНЕНТЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ПРОВОДНИКАХ
Аннотация
В работе экспериментально исследуется возбуждение радиального механического возмущения в металлических проводниках цилиндрической и плоской геометрии, возникающих вследствие механических колебаний ультразвукового диапазона и при протекании разрядного тока микросекундного временного интервала. В первом случае конструкция экспериментальной установки рассматривается как твердотельный ультразвуковой интерферометр. В качестве излучателей и приемников ультразвуковой волны в аксиальном направлении использовались пьезокерамические преобразователи. Во втором случае рассматриваемый металлический проводник, по которому протекает разрядный ток короткого замыкания, моделируется как электрически взрывающийся проводник, находящийся в конденсированном состоянии до фазового перехода и непосредственно до состояния собственно взрыва. Для регистрации радиальной компоненты ультразвуковых колебаний и механических импульсных возмущений электрического разряда короткого замыкания использовался волноводный пьезокерамический преобразователь.
Ключевые слова: ультразвуковые колебания, интерферометр, пьезокерамические преобразователи, электрический взрыв проводника.
Korneev A.S.1, Sukhova T.A.2, Surkaev A.L.3
'Student, 2PhD in Physico-mathematical Sciences, 3 PhD in Technics,
Volzhsky Polytechnical Institute (branch) Volgograd State Technical University RESEARCH RADIAL COMPONENTS OF MECHANICAL INDIGNATIONS IN METAL CONDUCTORS
Abstract
In work excitation of radial mechanical indignation in the metal conductors of cylindrical and flat geometry arising owing to mechanical fluctuations of a ultrasonic range and at course of a digit current of a microsecond time interval is experimentally investigated. In the first case the design of experimental installation is considered(examined) as solid-state ultrasonic интерферометр. As radiators and receivers of a ultrasonic wave in an axial direction were used пьезокерамические converters. In the second case the considered(examined) metal conductor on which the digit current of short circuit proceeds, is modelled as электрически the blowing up conductor which is taking place in the condensed condition before phase transition and is direct up to a condition actually explosion. For registration radial components of ultrasonic fluctuations and mechanical pulse indignations of the electric category of short circuit it was used волноводный пьезокерамический the converter.
Keywords: ultrasonic fluctuations, interferometor, piezoceramical converters, the electric explosion of a conductor.
Электрический разряд (ЭР) как и электрический взрыв проводников (ЭВП) в конденсированных средах представляется широким спектром применения, как в различных технологических процессах, так и в фундаментальных научных исследованиях [1,2]. Феномен электрического взрыва проводников, а также многие сопровождающие его эффекты, в частности, существование такого явления как стратообразование, на сегодняшний день не имеет однозначной интерпретации.
Целью данной работы является экспериментальное исследование радиального и аксиального механических возмущений, возникающих в металлических проводниках цилиндрической и плоской геометрии при возбуждении в них ультразвуковых колебаний и импульса разрядного тока аксиальной поляризации.
Схема экспериментальной установки (рис.1) аналогична работам [3,4], где представлено описание и методика эксперимента.
Наличие возмущений радиальной направленности рассматривается как одна из причин возникновения страт при электрическом взрыве проводников. В качестве проводника использовались медный цилиндрический стержень 1, либо латунная плоская пластина 1, на боковой поверхности которых устанавливался волноводный пьезокерамический преобразователь 2, который является регистратором механических возмущений, распространяющихся в радиальном направлении. Аналитическое описание процессов в волноводном преобразователе рассмотрено в работе [5]. Конструктивно пре-образователь [6] состоит из двух металлических волноводов, между которыми размещен пьезокерамический элемент в виде таблетки. Щуп (предволновод) 3 преобразователя 2, реактивный волновод 4 и пьезотаблетка 5 (ЦТС-19), зафиксированы между собой и имеют электрическую развязку. Для регистрации аксиальных механических возмущений пьезокерамические преобразователи - 6 располагались на торцах цилиндрического проводника - 1.
В первой серии экспериментов рассмотренная конструкция используется как ультразвуковой твердотельный интерферометр. На один из пьезоэлементов, подается сигнал с генератора (УЗГ), посредством второго пьезоэлемента осуществляется его прием. Электрический сигнал, генерируемый приемным пьезоэлементом, поступает на цифровой запоминающий многоканальный осциллограф (Ос) и далее на компьютер. Одновременно волноводным пьезопреобразователем регистрируется электрический
15
сигнал радиальных колебаний. Характерные осциллограммы (рис. 2) показывают наличие радиальных колебаний, и существование резонансных частот аксиальных и радиальных колебаний.
Рис. 2 - Характерные осциллограммы ультразвукового интерферометра при резонансных частотах: а) электрический сигнал генерируемые колебания — 1, электрический сигнал аксиальные колебания торцевого приемника - 2; б) электрический сигнал радиальных колебания волноводного пьезопреооразователя
В серии экспериментов по проводнику цилиндрической и плоской геометрии пропускался разрядный ток короткого замыкания. Согласно классической теории электропроводности Друде-Лоренца, свободные электроны металла массой , направленно движущиеся с некоторой дрейфовой скоростью , рассеиваются на ионах кристаллической решетки и на дефектах металла. Происходит передача энергии внешнего электрического поля кристаллической решетки, соответственно, проводник приобретает некоторый импульс механического возмущения. Исследования механических возмущений, возникающих в металлическом проводнике, проводились при протекании импульса плотности тока в миллисекундном диапазоне. При протекании тока по проводнику, кроме аксиального возмущения, присутствует радиальное механическое возмущение. Разрядный ток, протекающий по проводнику, формируется генератором импульсных токов (ГИТ) с физико-техническими параметрами [7] и регистрируется поясом Роговского - 7. Сигналы от датчиков регистрировались цифровым запоминающим ос-циллографом (Ос). На рис. 3 представлены характерные осциллограммы, полученные в серии экспериментов, разрядного тока, импульсов радиальных и аксиальных возмущений, из которых следует, в первую очередь, наличие механических возмущений в проводнике с током. Используя выражение [3, 8], амплитуда аксиального возмущения составляет , в то же время, исходя из осциллограммы, при коэффициенте преобразования пьезокерамической таблетки , имеем , что является достаточно удовлетворительным результатом.
«.*.1 щ>г
О 6
0,8 0,6 0,4 0,2 0
0 50 100 150 200 250 300 350 1 /н
Рис.З Характерные осциллограммы разрядного тока - 1; импульса радиального возмущения - 2; импульса аксиального возмущения — 3 для цилиндрического медного стержня
Таким образом, в работе показано наличие радиальных возмущений при создании ультразвукового поля аксиальной поляризации и механические возмущения при протекании разрядного тока в проводнике в твердом состоянии, который носит
колебательный характер. Следует рассматривать что радиальная компонента возмущения может являться одной из причин возникновения МГД-неустойчивости перетяжечного типа с модой и стратообразования при медленных режимах протекания ЭВП.
Литература
1. Кривицкий Е.В. Динамика электровзрыва в жидкости. - Киев: Наукова думка, 1986. - 205 с.
2. Бурцев В.А., Калинин Н.В., Лучинский А.В. Электрический взрыв про-водников и его применение в электрофизических установках. - М: Энергоиздат, 1990. - 217 с.
3. Суркаев А.Л. Исследование возникновения МГД-возмущений в цилиндрическом проводнике при протекании импульса разрядного тока // ПЖТФ, 2014, том 40, вып. 2. С. 23 -29
4. Корнеев А.С. Сухова Т.А., Суркаев А.Л. Исследование радиальной компоненты механических возмущений ультразвуковой волны // МНИЖ № 3 (34) 2015 С.14-16
5. Суркаев А.Л., Кульков В.Г. Исследование импульсного механического нагружения волноводного пьезодатчика давления. // Акустический журнал. Т. 52, № 2, 2006. С. 218-222
6. Суркаев А.Л, Муха Ю.П., Суркаев В.А. // Патент № 2241212. Волноводный датчик давления. 27.11. 2004.
7. Суркаев А.Л, Кумыш М.М., Усачев В.И.// Известия ВолгГТУ. Серия «Электроника, измерительна техника, радиотехника и связь». Волгоград, 2012, вып. 6: сб. науч. ст. / ВолгГТУ - № 6. - C. 74-78
8. Суркаев А.Л. Возникновение магнитогидродинамических возмущений в металлических проводниках при протекании импульса разрядно-го тока. // ЖТФ, 2015, том 85, вып. 7, С. 37-44
References
1. Krivickij E.V. Dinamika jelektrovzryva v zhidkosti. - Kiev: Naukova dumka, 1986. - 205 s.
2. Burcev V.A., Kalinin N.V., Luchinskij A.V. Jelektricheskij vzryv provodnikov i ego primenenie v jelektrofizicheskih ustanovkah. -M: Jenergoizdat, 1990. - 217 s.
3. Surkaev A.L. Issledovanie vozniknovenija MGD-vozmushhenij v cilindricheskom provodnike pri protekanii impul'sa razrjadnogo toka // PZhTF, 2014, tom 40, vyp. 2. S. 23 -29
16
4. Korneev A.S. Suhova T.A., Surkaev A.L. Issledovanie radial'noj komponenty mehanicheskih vozmushhenij ul'trazvukovoj volny // MNIZh № 3 (34) 2015 S.14-16
5. Surkaev A.L., Kul'kov V.G. Issledovanie impul'snogo mehanicheskogo nagruzhenija volnovodnogo p'ezodatchika davlenija. // Akusticheskij zhumal. T. 52, № 2, 2006. S. 218-222.
6. Surkaev A.L, Muha Ju.P., Surkaev V.A. // Patent № 2241212. Volnovodnyj datchik davlenija. 27.11.2004.
7. Surkaev A.L, Kumysh M.M., Usachev V.I.// Izvestija VolgGTU. Serija «Jelektronika, izmeritel'na tehnika, radiotehnika i svjaz'». Volgograd, 2012, vyp. 6: sb. nauch. st. / VolgGTU - № 6. - C. 74-78.
8. Surkaev A.L. Vozniknovenie magnitogidrodinamicheskih vozmushhenij v metallicheskih provodnikah pri protekanii impul'sa razrjadno-go toka. // ZhTF, 2015, tom 85, vyp. 7, S. 37-44.
Леонов Ю.В.
Технолог частного малого предприятия
Работа выполнена в самостоятельном порядке и на собственные финансовые средства.
СНИЖЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ В ПРОВОДНИКЕ С ТОКОМ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ОСОБОЙ СИСТЕМЫ
МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Аннотация
В статье описано реальное физическое практическое открытие в области электродинамики и магнетизма, которое позволит в будущем существенно сократить нагрев и потери в электрических цепях и элементах и повысить КПД электрических цепей, сигнальных цепей и компонентов входящих в их состав.
Ключевые слова: электричество, электродинамика, магнетизм, магнитное поле, электрические потери, сопротивление, проводимость.
Leonov Y.V.
Technologist in a small private enterprise
HEAT LOSSES REDUCTION IN THE CURRENT-CARRYING CONDUCTOR INDUCED BY THE SPECIFIC SYSTEM
OF MAGNETIC FIELDS
Abstract
The article describes a realistic breakthrough finding in the area of physics, particularly in the field of electrodynamics and magnetism. In future this discovery will make it possible to considerably reduce heating and losses in electric circuits and elements as well as to increase efficiency of electric circuits, signal circuits and their components.
Keywords: electricity, electrodynamics, magnetism, magnetic field, electric losses, resistance, conductivity.
Возможно ли в XXI веке открыть что-то новое в электродинамике? Многие из читателей, особенно специалисты и учёные из данной области Физики, конечно же, ответят: «Нет! Вся электродинамика давно и подробно описана и математическими моделями, и физическими моделями, и многими практическими экспериментами и результатами!» И те, кто так ответят, будут.... не правы! В истории Физики, всегда складывалась ситуация, когда со временем, в физическом научном сообществе складывались определённые мнения (относительно каких-либо процессов), считающиеся догмами и аксиомами, беспрекословными и непререкаемыми! Но, тем не менее, каждый раз, позже, в Физике совершались открытия, указывающие на то, что данные догмы и убеждения не являются абсолютными физическими законами, действующими всегда и везде, и что всегда найдутся условия, при которых тот или иной физический закон перестаёт работать. На этом и базируется прогрессивное развитие любой науки. Любая теория и верна для своего времени и неверна для другого времени - то есть, не имея изначально какую либо, пусть и не совсем верную, но, всё же теорию, невозможно дальнейшее развитие любой науки. Рассмотрим закон Джоуля-Ленца. Закон Джоуля-Ленца выражен следующей формулой:
Q(A)=I *R*t Формула. 1
где:
Q(A) - энергия, количество теплоты (работа электрического тока)[Дж];
I - ток в проводнике [А];
R - сопротивление проводника [Ом];
t- время прохождения тока по проводнику [с];
Данный закон гласит, что количество теплоты, выделяемое проводником с током, прямо пропорционально сопротивлению проводника и квадрату протекающего, в нём тока, и равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику. Одним из выводов данной физической модели является то, что выделение тепла является неотъемлемой работой электрической системы.
В 2012 году был поставлен следующий эксперимент «Опыт №1» (см. Рис.1 Схема «Опыта №1») - на медную трубку была намотана безиндуктивная1 обмотка, которая покрывала часть поверхности трубки, оставив при этом часть поверхности трубки по обеим сторонам от этой обмотки, в виде свободных, от обмотки, концов. Обмотка гальванически не была связана с медной трубкой, на которую она была намотана. Намотана же обмотка была проводом диаметром примерно 0.5 (мм).
Рис. 1 - Схема «Опыта №1»
1 Безиндуктивная обмотка - обмотка, витки которой, расположены таким образом в пространстве, что токи в соседних витках текут навстречу друг другу. Соответственно, магнитные потоки соседних витков встречно направлены, а значит, обмотка практически не имеет внешнего магнитного потока и, как следствие этого, имеет очень малую индуктивность -индуктивность не соответствующую геометрическим данным этой обмотки.
17
