Научная статья на тему 'Установление частной функциональной зависимости между емкостью и массой'

Установление частной функциональной зависимости между емкостью и массой Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
61
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ / ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ / ИНЕРТНАЯ МАССА / ELECTROMECHANICAL TRANSDUCER / THE CAPACITANCE / THE INERTIAL MASS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Попов Игорь Павлович

Установлен эффект проявления электрических емкостных свойств у электромеханического преобразователя, имеющего в составе инертный элемент. При этом выявлена связь между электрической емкостью и инертной массой, т.е. функциональная зависимость на макроуровне между величинами различной физической природы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Попов Игорь Павлович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ESTABLISHMENT OF A PRIVATE FUNCTIONAL DEPENDENCE BETWEEN CAPACITY & WEIGHT

The effect of electrical capacitive properties manifestation in electromechanical transducer having a composition of an inert element is installed. At the same time there is a link between electrical capacitance and inertial mass, ie functional dependence on the macro level between the values of various physical nature.

Текст научной работы на тему «Установление частной функциональной зависимости между емкостью и массой»

I -I dj dT

\rot j = ^ = d ■ B--

1 1 dy dx

* 0.(5)

22 У

Измерялось поле потенциала образца, представленное на рис. 1. Образец - сплав В^Ь с содержанием Sb, изменяющимся вдоль координаты Х (перпендикулярно оси С2 и С3 кристалла) от 5 до 16 ат.% Sb.

Поле В = 0,782 Тл (направлено вдоль оси С2 кристалла). Температура холодного и горячего края образца: 88,35К и 116,9К соответственно.

Рис. 1. Поле потенциала термоэдс V в зависимости от координат в образце

2. Влияние вихревого характера термоэлектрического поля на теплопроводность

Естественно было бы предположить, что в связи с появлением вихревого электрического тока должен появиться дополнительный перенос энергии носителями заряда наряду с диффузионным, и электронная составляющая теплопроводности с увеличением

гЫ^ будет возрастать тем больше, чем больше индукция магнитного поля - В. Авторами было проведено измерение теплопроводности образца в зависимости от величины индукции магнитного поля - В при заданных температурах концов образца (рис.2).

о m о

с

о

Индукция магнитного поля, Рис. 2. Зависимость теплопроводности от величины магнитного поля

Из рис.2 видно, что при не очень больших полях, а значит малых вихрях тока, теплопроводность, как и положено, уменьшается в связи с уменьшением электронной составляющей. Однако, начиная с полей ~0,2Тл происходит возрастание теплопроводности. Это можно объяснить только тем, что в образце возникает дополнительный перенос энергии за счет вихря электрического тока.

В настоящий момент разрабатывается теория обнаруженного явления. Заключение

На основании проведенных вычислений и измерений можно сделать следующие выводы:

1. Термоэлектрическое поле в продольно-неоднородных полупроводниках при наличии поперечного магнитого поля имеет вихревой характер.

2. Вихревой характер электрического поля приводит к аномальной зависимости теплопроводности от величины магнитного поля.

Список литературы

1.Bate R. I., Beer A. C. Influence of Conductivity gradients on Galvano-magnetic Effects in Semiconductors. «J. of Appl. Phys.», 1961. v.32. N.5. p.800 - 805.

2.Бочегов В.И. Влияние плавной неоднородности на гальвано- и термомагнитные свойства сплавов.

УДК 537.311.6 И.П. Попов

Департамент экономического развития, торговли и труда Курганской области

УСТАНОВЛЕНИЕ ЧАСТНОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ЕМКОСТЬЮ И МАССОЙ

Аннотация

Установлен эффект проявления электрических емкостных свойств у электромеханического преобразователя, имеющего в составе инертный элемент. При этом выявлена связь между электрической емкостью и инертной массой, т.е. функциональная зависимость на макроуровне между величинами различной физической природы.

Ключевые слова: электромеханический преобразователь, электрическая емкость, инертная масса.

I.P. Popov

Department of economic development, trade and labor of Kurgan region

ESTABLISHMENT OF A PRIVATE FUNCTIONAL DEPENDENCE BETWEEN CAPACITY & WEIGHT

Y

Annotation

The effect of electrical capacitive properties manifestation in electromechanical transducer having a composition of an inert element is installed. At the same time there is a link between electrical capacitance and inertial mass, ie functional dependence on the macro level between the values of various physical nature.

Keywords: electromechanical transducer, the capacitance, the inertial mass.

Введение

Между величинами различной физической природы может существовать функциональная зависимость [1-4]. Зачастую возможность установления такой зависимости не является очевидной. Это замечание может быть отнесено к таким величинам как емкость и масса. Ни одно из понятий, используемых при определении электрической емкости [5], не применяется для определения инертной массы [6], поэтому в этой части они между собой не связаны и общей функциональной зависимости между емкостью и массой, которая могла бы основываться на такой связи, не существует.

Вместе с тем, в рамках одной из двух систем аналогий между электромагнитными и механическими величинами [7] емкость и масса связаны дуальным соотношением

m ^ C.

Однако дуальная связь не является функциональной, поскольку охватываемые ею величины относятся к изолированным друг от друга системам. Для того, чтобы установить функциональную связь между электрической и механической величинами, их следует рассматривать в связанных системах.

1. Связанная система

В качестве связанной системы может рассматриваться электромеханический преобразователь, модель которого представлена на рисунке.

Рис.1. Электромеханический преобразователь

Преобразователь состоит из последовательно соединенных проводящих рамок, активные части проводников которых длиной I распределены в некоторой плоскости, и постоянного магнита массой т, с индукцией В, между полюсами которого находится п проводников. По существу это упрощенная модель электрической машины [8]. Активное сопротивление, потери на трение и индуктивность не учитываются.

2. Математическая модель

При подключении устройства к источнику синусоидального напряжения u = Usinât его состояние описывается системой двух уравнений в соответствии со вторым законом Ньютона и вторым правилом Кирхгофа

d 2 х m—— = Blni 2

dt

Bln— = U sin Qt, dt

где х - перемещение массивного элемента (магнита), ВШ - сила Ампера, Blndx/dt - ЭДС электромагнитной индукции.

В, I, п, - параметры, обусловливающие электромеханическое взаимодействие. Их целесообразно объединить в параметрический коэффициент У = (ВЫ)2. Из второго уравнения

d х U q

cos Qt

dt2 -yjy ■

При подстановке в первое получается решение

. UQm U . ( п l =-cos Qt =-Sin I Qt + —

У

Xm

где

Xm =

У_

Qm

- реактивное сопротивление. Ток опе-

режает приложенное напряжение на угол п/2. Таким образом, рассматриваемое устройство имеет емкостной характер. При этом емкость

с=m

У

(1)

Заключение

Рассмотренное устройство является электромеханической системой. В этой системе механические и электрические величины взаимосвязаны, что позволило установить функциональную зависимость (1) между электрической емкостью и инертной массой. Установленная зависимость имеет частный характер - она справедлива лишь в рамках электромеханических систем, ключевым параметром которых является инертная масса.

Соотношение (1) может быть использовано при создании колебательного контура смешанной природы (т-С контура). Его собственная частота

Q0 =

Волновое сопротивление контура

86

ВЕСТНИК КГУ, 2011. №2

Рассмотренный электромеханический преобразователь запасает кинетическую энергию подвижной массы и поэтому его нельзя полностью отождествлять с электрическим емкостным устройством, которое запасает энергию электрического поля [5]. Вместе с тем, он воспринимается цепью как электрическая емкость, поэтому его следует рассматривать как инертно-емкостное устройство.

На основе рассмотренных положений становится возможным объяснение физического смысла того, что сопротивление синхронной электрической машины в перевозбужденном состоянии имеет емкостной характер.

Установленная функциональная зависимость (1) может использоваться при разработке реактивных элементов электрических цепей [9-13], а также учитываться при проектировании линейных электромеханических преобразователей с массивным подвижным элементом [8, 14-17].

Список литературы

1.Попов И.П. Об электромагнитной системе единиц // Вестник Челябинского государственного университета. Физика. -Вып. 7.- 2010. - №12(193). - С. 78-79.

2. Попов И.П. Электромагнитное представление квантовых

величин // Вестник Курганского государственного университета. Серия «Естественные науки». - Вып. 3.

- 2010. - №2(18). - Курган: Изд-во Курганского гос. унта. -. 59-62.

3. Попов И.П. Сопоставление квантового и макро-описания

магнитного потока // Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного университета. - Вып.ХШ. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2010. - С. 26.

4. Попов И.П. Упруго-индуктивное устройство // Зауральс-

кий научный вестник. - 2011. - Вып. 1. - С. 181-183

5. Попов В.П. Основы теории цепей. - М.: Высш. шк., 2007. -

575 с.

6. Окунь Л.Б. Понятие массы // Успехи физических наук. -

Т. 158. - 1989. - Вып. 3. - С. 511-530.

7. Львович А.Ю. Электромеханические системы. - Л.: Изд-

во Ленинградского университета, 1989. - 296 с.

8. Патент 2038680 RU, МПК6 Н 02 К 41/035. Электрическая

машина / И.П. Попов, Д.П. Попов (Россия). - № 93015412; заявл. 24.03.93; опубл. 27.06.95, Бюл. №18.

9. Попов И.П. Реактивные элементы электрических цепей с

«неэлектрическими» параметрами // Вестник Самарского государственного технического университета. - Серия «Технические науки». - 2010. - №4(27). - С. 166-173.

10. Патент 2086065 RU, МПК6 Н 02 К 7/02. Электрическое

емкостное устройство / И.П. Попов (Россия).

- № 94010650; заявл. 28.03.1994; опубл. 27.07.1997. -Бюл. № 21.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

11. Попов И.П. Инертно-емкостное устройство // Актуаль-

ные проблемы современной науки и практики: Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 85-летию транспортного образования в Зауралье и 55-летию УрГУПС /Под ред. Е.А.Худяковой. -

- Курган: Изд-во КГУ, 2011. - С. 119-120

12. Попов И.П. Переходный процесс при подключении

инертно-емкостного устройства к источнику постоянного напряжения // Зауральский научный вестник. -2011. - Вып. 1. - С. 162-165.

13. Попов И.П. Реактивные элементы цепей, выполненные

на основе линейных электродинамических машин // Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона: Тр. Межгосударств. науч.-техн. конф. - Магнитогорск: МГМИ. - 1994. - С. 26-28.

14. А.с. СССР 1810963, МКИ Н 02 К 33/02. Электромагнит-

ный двигатель / Э.Ф. Маер, А.Г. Баталов, В.И. Мошкин, И.П. Попов. - №4840826; заявл. 19.06.90; опубл.

23.04.93, Бюл. № 15.

15. Патент 2018652 RU, МПК5 E 21 C 3/16. Электрический

молот / Э.Ф. Маер, В.И. Мошкин, И.П. Попов (Россия). - № 4712733; заявл. 03.07.1989; опубл. 30.08.1994, Бюл. № 16.

16. Патент 2025277 RU, МПК5 B 30 B 1/42, B 21 J 7/30.

Электромагнитный пресс / Э.Ф. Маер, В.И. Мошкин, В.Ф. Мошкина, И.П. Попов (Россия). - № 4872907; заявл. 19.06.1990; опубл. 30.12.1994, Бюл. № 24.

17. Патент 2026792 RU, МПК6 B 30 B 1/42, B 21 J 7/30.

Электромагнитный пресс / Э.Ф. Маер, А.Г. Баталов, В.И. Мошкин, И.П. Попов (Россия). - № 4872878; заявл. 19.06.1990; опубл. 20.01.1995, Бюл. № 2.

УДК 537.311.6 И.П. Попов

Департамент экономического развития, торговли и труда Курганской области

СВОБОДНЫЕ ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ В УПРУГО-ЕМКОСТНОЙ СИСТЕМЕ

Аннотация

Рассматривается упруго-емкостная колебательная система и возникновение в ней свободных гармонических колебаний, при которых происходит взаимное превращение потенциальной энергии пружины в энергию, электрического поля конденсатора.

Ключевые слова: пружина, конденсатор, упруго-емкостная система, гармонические колебания.

I.P. Popov

Department of economic development, trade and labor of Kurgan region

FREE НARMONIC OSCILLATIONS IN THE ELASTIC-CAPACITIVE SYSTEM

Annotation

The elastic-capacitive oscillatory system and the emergence of its free harmonic oscillations at which the mutual transformation of potential energy of a spring in the energy of the electric field of the condenser is considered.

Keywords: spring, condenser, elastic-capacitive system, harmonic vibrations.

Введение

Известные колебательные системы имеют параметры, физическая природа которых одна и та же. Например, в выражении для собственной частоты пружинного маятника

и" Ч m

оба параметра - коэффициент упругости k и масса m являются механическими величинами. В формуле для электрического колебательного контура

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.