УРОК-20.  ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ  ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДЫ

 

Канарёв Ф.М.  kanarevfm@mail.ru

 

 

Анонс.  Вода уже давно служит источником энергии. Россия  имеет технологии, уменьшающие расход энергии на получение главных энергоносителей воды: водорода и кислорода в десятки раз. Покажем это на конкретных экспериментальных данных и на их интерпретации, базирующейся на новой фундаментальной российской теории микромира, которая позволяет надёжно прогнозировать результаты новых экспериментов.

 

2110. Какие новые физические и химические законы лежат в основе  формирования атомов водорода и кислорода, входящих в молекулы воды?  Первый и главный закон,  управляющий процессами формирования  атомов –  закон формирования спектров атомов и ионов.

2111. Как выглядит математическая модель первого закона, описывающего взаимодействие электронов с протонами ядер атомов? Вот её вид.

 

,                                               (387)

 

где:  - энергия поглощенного или излученного фотона;   - энергия ионизации, равная энергии такого фотона, после поглощения которого, электрон теряет связь с ядром и становится свободным; - энергия связи электрона с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, также равна энергии  фотона.

2112. В чём суть главных  следствий закона (387) формирования спектров атомов и ионов? Суть первого следствия из нового закона (387)  формирования спектров атомов и ионов – линейное взаимодействие электронов с протонами ядер атомов. Суть второго следствия -  ступенчатое изменение расстояния между электроном и протоном ядра атома.

2113. Как выглядит закон, описывающий изменение энергий связи между электроном и протоном, при изменении энергетического уровня электрона? Этот закон следует          из закона (387) формирования спектров атомов и ионов. Он имеет простой математический вид

 .                            (388)

 

          При этом в атоме водорода энергия связи     электрона с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, равна энергии его ионизации  .

2114. Как выглядит закон закономерности изменения энергий   фотонов, излучаемых электронами при их межуровневых переходах в атомах? Этот закон также следует из  закона формирования спектров атомов и ионов (387). Он имеет вид:

 

                       (389)

 

          Это закон  изменения энергий   фотонов, излучаемых электронами при их межуровневых переходах в атомах. Он описывает изменения энергий связи между электронами и протонами при межуровневых переходах электронов  в атомах.

2115. Какой вид имеет математическая модель, описывающая закономерность изменения расстояния между электроном и протоном ядра атома?  Эта математическая модель следует из закона Кулона.

 .                            (390)

 

2116. Как изменяется расстояние между электроном и протоном атома водорода и энергии связи между ними?  Закон Кулона  позволяет  определить расстояние между протоном и электроном в момент пребывания его на любом энергетическом уровне. Учитывая энергию ионизации атома водорода, которая равна энергии связи протона с электроном в момент пребывания его на первом энергетическом уровне, равную 13,60eV, получим расстояние между электроном и протоном атома водорода для этого случая.

   (391)

 

2117. Как изменяются  расстояния  между протоном и электроном в атоме водорода при у величении номера  энергетического уровня n? Подставляя

в формулы (387), (388) и (390)  и , получим не только теоретические значения (теор) спектра атома водорода,  полностью совпадающие с экспериментальными значениями (эксп), но и энергии  связи электрона с протоном  и расстояния   между протоном и электроном (табл. 71).

Таблица 71. Спектр атома водорода,  энергии связи   между протоном  и  электроном,  и расстояния    между ними

Знач.

n

2

3

4

5

(эксп)

eV

10,20

12,09

12,75

13,05

(теор)

eV

10,198

12,087

12,748

13,054

(теор)

eV

3,40

1,51

0,85

0,54

(теор)

4,23

9,54

16,94

26,67

 

2118. Как выглядят структуры атома водорода и кислорода, которые формируют молекулу воды? Модели атомов водорода и кислорода, следующие из приведённых законов спектров атомов и ионов, и из новой теории микромира, представлены на рис. 276.

Рис. 276. Модели атомов водорода и кислорода

 

2119. Как выглядит структура молекулы воды, следующая из указанных трёх законов, формирующих спектры атомов? Новая теория микромира представляет схемы молекул воды, следующие из новых законов формирования спектров атомов и ионов, в виде, показанном на рис. 277, а. Символами  и    обозначены электроны атомов водорода, а символами   и   - протоны атомов водорода. Энергии связи между осевыми электронами атома кислорода и атомов водорода показаны на рис. 277, b. Левые их значения соответствуют энергиям механического разрыва связей, а правые - энергиям термического разрыва связей.

2120. На каких энергетических уровнях находятся электроны атомов водорода в молекулах воды, и на какую  величину изменяется энергия связи между атомами водорода и кислорода в молекулах воды при нагревании её на один градус? Осевые электроны молекулы воды находятся между вторыми и третьими энергетическими уровнями атомарного состояния (рис. 277, а  и b).  Известно, что при нагревании одного литра воды от 20С до 100С затрачивается 335,2 кДж энергии. В расчете на одну молекулу это составит . Это - величина энергии, на которую изменится энергия связи  молекул воды в кластерах воды,  если нагреть её от 20С до 100С.  Разделив  0,063 eV  на 80, получим величину энергии,  на которую изменяется  энергия связи  между молекулами воды в кластерах воды при нагревании её  на один градус. Она оказывается равной 0,00078 eV.  Эта энергия  соответствует фотонам  реликтового диапазона.

2121. Допустим, что молекулы воды объединяют в кластеры протоны атомов водорода. На сколько порядков, в этом случае, геометрический размер такого контакта меньше размера двух молекул воды, объединённых в кластер, если представлять их сферическими? Размер протона, примерно, на 6-7 порядков меньше размера молекулы воды, если считать, что она имеет сферическую форму.

2122. Если размер контакта двух молекул на 6-7 порядков меньше размера самих молекул, то не является ли это главной причиной текучести молекул воды? Да, имеются все основания для такой гипотезы.

2123. Сколько молекул может быть в кластере воды? Пока нет точного ответа на этот вопрос.

 

Рис. 277. а), b) - схема   линейной  молекулы воды: 1,2,3,4,5,6,7,8   -  номера  

электронов   атома кислорода;    - ядра атомов  водорода (протоны);

и   -  номера электронов атомов водорода; с), d)  структура  уголковой молекулы воды с углом 105между атомами  водорода; е) структура линейной молекулы воды со структурами ядер атомов водорода и кислорода и их электронов

 

2124. Как изменяются энергии связи в кластере молекул воды? Энергии связи между молекулами в кластере воды уменьшаются от центра кластера к его периферии.

2125. Почему при замерзании воды она расширяется? Потому что, кольцевые электроны (3, 4, 5, 6, 7, 8) атома кислорода (рис. 277), охлаждаясь, излучают фотоны и опускаются на нижние энергетические уровни и своим суммарным электростатическим полем удаляют от ядра атома осевые электроны, увеличивая длину молекулы  воды (рис. 277, а и е)  и - её кластеров.

2126. Процесс образования кластеров эндотермический или экзотермический? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Есть формы кластеров, которые для своего формирования требуют дополнительную энергию, и есть формы кластеров, которые выделяют её при синтезе кластера.

2127. Химики, изучавшие кристаллы льда, установили, что молекулы воды имеют уголковую форму (рис. 277, с). Возможно ли образование такой молекулы воды из её линейной структуры (рис. 277, а)?  Да, такая возможность существует. Если один из атомов водорода присоединится не к осевому, а к кольцевому электрону атома кислорода, то образуется уголковая молекула воды (рис. 277, с).

2128. В каких случаях формируются уголковые молекулы воды?  Как отмечают экспериментаторы, уголковые молекулы воды образуются у кластеров молекул воды, когда молекулы  замерзают и превращаются в лёд. Есть основания полагать,  что электростатические силы отталкивания, действующие между  первым  (e1, P1)  и вторым  (e2, P2) атомами  водорода (рис. 277, с) при замерзании воды  формируют угол .

2129. Почему электрическое сопротивление чистой воды очень большое? Ответ на этот вопрос следует из структуры молекулы воды (рис. 277). Нетрудно видеть, что на концах осевой линии молекулы воды расположены протоны атомов водорода. Одинаковая, положительная электрическая полярность на концах оси симметрии молекулы воды формирует однополярность  всей молекулы и её кластеров. В результате молекулы чистой воды и её кластеров не могут сформировать электрическую цепь. Электрическая цепь из кластеров воды может образоваться только тогда, когда на концах оси молекулы воды будут противоположные электрические заряды – на одном конце электрон, а на другом – протон. Это и есть главная причина большого электрического сопротивления чистой воды. Она почти не электропроводна.

2130. Что нужно сделать, чтобы вода стала электропроводной?  Чтобы вода стала электропроводной, надо создать условия, при которых в ней появляются ионы с разной электрической полярностью на концах этих ионов.

2131. Какие химические вещества увеличивают электропроводность воды и почему?  Электропроводность воды увеличивают главным образом щёлочи и кислоты, которые приводят к формированию  ионов – образований с разной электрической полярностью на их концах.

2132. Можно ли привести структуру  какого-нибудь иона воды и прокомментировать её? На рис. 278 представлена структура иона , а на рис. 279, а – кластер из двух ионов . 

Рис. 278. Схема модели гидроксила

 

Нетрудно видеть (рис. 279, а), что у иона, и у кластера ионов на концах их центральных осей разноимённые электрические заряды: электрон и протон. В результате кластер иона ориентируется так, что положительный (+) его конец оказывается у катода (-), а отрицательный   – у анода (+) рис. 279, а). Это - идеальная электрическая цепь подобная проводу, но существующая в растворе воды.

2133. Какая электрическая схема электролиза воды используется со времён Фарадея?  Cо времён Фарадея используется электрическая схема электролиза воды, представленная на рис. 279, b.  На рис. 279, a, показан кластер из двух ионов .

Рис. 279: a) кластер ионов  в электрическом поле:  – протон атома водорода в зоне катода; 6 – электрон атома кислорода в зоне анода; b) классическая электрическая схема  электролиза воды

 

         Нетрудно видеть, что при любом количестве ионов  в кластере  протон атома водорода всегда будет у отрицательно (-) заряженной поверхности пластинчатого электрода,  а на другом конце кластера - осевой электрон атома кислорода всегда будет у положительно (+) заряженной поверхности электрода (рис. 279, a).

2134. В чём химическая и физическая сущность процесса электролиза воды, следующая из закона Фарадея? Последовательные ответы на этот вопрос следующие. Существует число Фарадея , равное произведению числа Авагадро   на заряд электрона . Оно равно  . Экспериментально установлено, что, если электролиз идет при напряжении 1,70V между пластинами электролизёра,  то на получение одного моля   водорода    расходуется  91,12 Ватт-часа электроэнергии,  а на получение   -  

4,10кВтч.

2135. Кратко о сути устройства, называемого «Электролизёр» и о принципе его работы? Электролизёр – это  совокупность пластинчатых анодов и катодов, каждая пара которых называется ячейкой. Раствор размещается между пластинами электродов (рис. 279, b).

        Напряжение на клеммы электролизёра можно подавать непрерывно, а можно импульсами. При этом, все  пластины электролизёра, заряжаясь в начале работы, приобретают общий постоянный потенциал , свойственный конденсатору  (рис. 280).  Величина этого потенциала увеличивается с увеличением количества ячеек в электролизёре 

Рис. 280. Осциллограмма напряжения и тока питания электролизёра:

1 – импульс напряжения; 2 – импульс тока;

- средняя величина постоянного потенциала

 

2136. В чём сущность  средней величины импульсной электрической мощности, реализуемой на клеммах электролизёра по показаниям приборов?  Поскольку электрическая сеть электролизёра связана  со всей электрической сетью, то  приборы, измеряющие импульсную  мощность на клеммах электролизёра,  формируют показания, в которых учитывается величина постоянного потенциала , принадлежащая электролизёру, и средняя величина, формирующегося при этом импульсного  (2) электрического тока (рис. 280).

2137. Какие приборы правильно учитывают среднюю величину импульсного напряжения на клеммах электролизёра?  Как ни странно, но нет приборов, которые способны  правильно учитывать среднюю величину импульсного напряжения на клеммах электролизёра.

2138. А разве осциллограф не способен правильно учитывать среднюю величину импульсного напряжения, подаваемого на клеммы электролизёра? Нет, не способен. По элементарной причине. Программа, заложенная в электронную память осциллографа, определяет среднюю величину  напряжения путем суммирования ординат закономерности изменения напряжения на клеммах электролизёра и деления их суммы на количество ординат. Так как кривая АВСDEK (рис. 280), формирующая общий потенциал на клеммах электролизёра, непрерывна, то при определении величины среднего потенциала на клеммах электролизёра программа осциллографа измеряет  ординаты непрерывной кривой изменения величины напряжения (рис. 280)  без учёта того факта, что напряжение подается импульсами 1 (рис. 280), имеющими скважность, равную  S, которую математическая программа осциллографа не учитывает. В результате получается средняя величина напряжения , показанная на осциллограмме слева (рис. 280). Эту величину и выдаёт осциллограф  в выходной информации по итогам своей работы. 

2139. Какой же выход в этом случае для правильного учёта средней величины импульсного напряжения на клеммах электролизёра?  Выход  здесь единственный - записать осциллограмму и обработать её вручную. При этом желательно совместить осциллограммы напряжения и тока. Это позволяет точно определить длительность импульса напряжения 1. Она чаще всего, равна длительности импульса тока 2 (рис. 280).

2140. Что нужно ещё учитывать  при таком определении средней величины напряжения?  Обрабатывая осциллограмму вручную, надо учесть, что импульс тока в данном случае (рис. 280) треугольный, поэтому скважность импульсов тока определяется по формуле

.                                    (392)

 

        Импульсы напряжения (рис. 280) почти прямоугольные, поэтому их скважность определяется по формуле

.                                      (393)

 

        С учетом этого средняя величина напряжения   будет равна  частному от деления амплитуды напряжения  на скважность его импульсов

 

.                                    (394)

 

       Средняя величина тока определяется аналогично

 

.                                      (395)

 

            После этого получается правильная величина средней импульсной электрической мощности  ,  реализуемой на клеммах электролизёра.

 

.                  (396)

 

2141. Учитывают ли приборы, подключённые к электролизёру, описанную процедуру правильности определения средней величины импульсной мощности? Нет, не учитывают.

2142. Почему?  Потому что на клеммах электролизёра будет средняя величина  электрического потенциала , полученная при обработке всей кривой ABCDEK (рис. 280). Она формирует среднюю величину электрического потенциала  на клеммах электролизёра. Амперметр тоже покажет искажённую величину тока. В результате, средняя величина мощности, определяемая на клеммах электролизёра с помощью приборов, будет ошибочна.

2143. Можно ли описанную процедуру определения средней величины импульсной мощности продемонстрировать с участием приборов, подключённых между аккумулятором и электролизёром? Можно, конечно. На рис. 281 показана такая схема.  

Рис. 281. Схема импульсного питания электролизёра 1

от аккумуляторной батареи 2 через диод 4

 

          Электронный ключ 3 (рис. 281) генерирует импульсы напряжения, разрывая электрическую цепь и нарушая  связь постоянного потенциала электролизёра 1 (рис. 280) с постоянным потенциалом аккумулятора 2 (рис. 281). Показания вольтметров  были следующие: ; ; . Показания амперметра А - . В результате, в каждом сечении цепи питания - своя мощность:

 

В сечении А-А:  ;                          (397)

В сечении В-В:  ;                          (398)

В сечении С-С:  .                           (399)

 

2144. Возникает вопрос: какую же мощность реализует аккумулятор для питания  электролизёра? Для получения ответа на этот вопрос проанализируем осциллограммы напряжений и токов, представленные на   рис. 282, 283 и 284.

Рис. 282. Осциллограммы напряжения и тока на клеммах

электролизёра 1 (рис. 281)

 

            Как видно (рис. 282), величина импульсов напряжения (1) больше средней величины постоянного потенциала   электролизёра. Импульсы восстанавливают постоянный потенциал до средней величины, после чего потенциал на клеммах электролизёра вновь уменьшается (рис. 282). Следующий импульс восстанавливает напряжение электролизера до средней величины постоянного потенциала. При этом импульсы тока (2) генерируются  синхронно с импульсами напряжения  1 (рис. 282).

            На рис. 283 эти импульсы представлены без  постоянного потенциала электролизёра и их мощность  легко определяется.  Амплитуда импульса напряжения  (рис. 283)  равна  =12,5 V, а амплитуда импульса тока – =1,30 А (рис. 283).

          Скважность импульсов равна . Тогда старый ошибочный закон  (400) формирования средней величины импульсной электрической мощности, представленный в учебниках,  даёт такой результат

 

.                   (400)

 

           Эта величина близка к показаниям приборов (397), установленных перед электролизёром,  и совпадает с величиной  мощности, якобы реализуемой  аккумулятором  (399)

.                          (401)

 

Рис. 283. Осциллограмма импульсов  напряжения  и

тока перед диодом 4,  в сечении В-В (рис. 281)

 

2145. Как амплитуда  импульса напряжения, заряжающего электролизёр, выглядит на клеммах  аккумулятора?   Она  () - на рис. 284. 

              Как  видно,  напряжение на клеммах аккумулятора  (рис. 284) стабильнее, чем на клеммах электролизёра (рис. 280) и аккумулятор слабо  реагирует на импульсы напряжения, а величина тока  (рис. 284) на пути от электролизёра 1 (рис. 281) до  аккумулятора 2 остаётся  почти неизменной (рис. 282, 283, 284).

 

Рис. 284. Осциллограмма напряжения  и тока  на клеммах аккумулятора 2

 (рис. 281)

 

            В опыте использовался мини-электролизёр с производительностью  литра водорода в час. С учетом  показаний разных приборов  и результатов, представленных в формулах  (397), (398) и (399),    удельная мощность составляла:

;                        (402)

;                   (403)

.                       (404)

 

            Вполне естественно, что общий ток  (397- 399) и разные напряже-

ния в разных сечениях электрической цепи формируют разную удельную мощность.

2146.  Возникает вопрос: какая мощность реализуется на питание электролизера? Средняя величина тока , которую показывает амперметр, равна импульсной величине 1,3 А, деленной на скважность импульсов  (. Поэтому, с учётом формул (400, 401) мощность  на клеммах электролизёра (рис. 281, сечение А-А и формула 397)  равна . На клеммах аккумулятора она  несколько больше.

2147. Имеем ли мы право, определять мощность  (398) на клеммах диода (рис. 281), умножая среднюю величину тока  на амплитудное значение импульса напряжения, равное ? Право имеем, но получим ошибочный результат. Ведь напряжение подаётся не постоянно, а импульсами, поэтому мы  должны разделить импульсное значение напряжения  на скважность . В результате будем иметь среднюю величину напряжения . Это близко к показаниям вольтметра . В результате получим

 

                      (405)

или  на один литр водорода

.           (406)

 

            Это и есть правильно определённая мощность, реализуемая на клеммах электролизёра.

2148. Как зависит удельная мощность, реализуемая на получение 1литра водорода от скважности импульсов? Результаты эксперимента представлены в табл. 72 при  частоте импульсов 350 Гц. Электролизёр имел 6 мини ячеек [1].

           Изложенное показывает, что величины удельной мощности  на клеммах электролизёра  и на клеммах аккумулятора  явно не отражают реальность (табл. 72). Поэтому надо уделить внимание анализу удельной мощности  на клеммах диода.  Если удельный расход энергии – величина почти постоянная, то производительность электролизёра  при увеличении скважности импульсов в 10 раз должна уменьшиться также, примерно, в 10 раз, но она уменьшилась  в 4,95/0,79=6,3 раза (табл. 72). Это означает, что при отсутствии напряжения аккумулятора процесс электролиза воды  не  останавливается. Он продолжается за счёт постоянного потенциала . Уменьшение его величины, зафиксированное на осциллограммах (рис. 282), подтверждает это.

            Сравнивая осциллограммы на рис. 282 и 284, видим, что вольтметр, подключённый к клеммам  электролизёра,  всегда будет показывать его полное напряжение, равное полному потенциалу  электролизёра. Фактическое же среднее напряжение  на клеммах электролизёра всегда меньше. Оно равно амплитуде импульса напряжения , делённой на скважность импульсов  (394). Вполне естественно, что средняя величина тока    определится по аналогичной формуле (395). Так как в большей части случаев ,  то для работы электролизёра достаточна средняя величина импульсной мощности, рассчитываемая по формуле (396).

 

Таблица 72. Влияние скважности импульсов на показатели  электролиза воды

Показатели     

S=1

S=2

S=3

S=4

S=5

S=10

1. Н2, л/ч

0,63

0,57

0,52

0,48

0,44

0,33

2. Ток пост.,  А

0,25

0,24

0,22

0,22

0,20

0,20

3. Ток имп.,   А      

0,25

0,45

0,65

0,85

1,00

2,00

4. Напряж.U1,В

12,50

12,26

11,94

11,85

11,59

10,78

5. Напряж.U2,В

12,50

6,30

4,20

3,20

2,50

1,30

6. Напряж.U3,В

12,50

12,50

12,50

12,50

12,50

12,50

7. Мощн., Р1

3,13

2,94

2,63

2,61

2,32

2,16

8. Мощн., Р2

3,12

1,51

0,92

0,70

0,50

0,26

9. Мощн., Р3

3,13

3,00

2,75

2,75

2,50

2,50

10.Уд. мощ., Р1у, Вт/л

4,97

5,16

5,06

5,44

5,27

6,55

11.Уд. мощ., Р2у, Вт/л

4,95

2,65

1,77

1,46

1,14

0,79

12.Уд. мощ., Р3у, Вт/л

4,97

5,26

5,29

5,73

5,68

7,58

           

            Однако, вольтметр, подключённый  к клеммам электролизёра, покажет другую величину напряжения. Она будет равна  , и мы получим  среднюю мощность на клеммах электролизёра, определённую  по ошибочной  формуле (400). В результате фактическая величина мощности, необходимой электролизёру, для подзарядки его постоянного потенциала  (рис. 282), окажется увеличенной в количество раз, равное скважности импульсов  напряжения и мы не получим никакой экономии электроэнергии. Вместе с тем, мы явно видим наличие возможности для экономии, но её скрывают противоречивые показания приборов.

2149. По какой формуле рассчитывается средняя величина импульсной мощности, реализуемой  аккумулятором? Считается, что мощность  (400 и 401), реализуемая   аккумулятором, всегда равна произведению среднего  тока  на  величину  напряжения  на  клеммах аккумулятора. Но это ошибочное мнение, не учитывающее скважность импульсов напряжения, снимаемого с клемм аккумулятора.

2150. В связи с этим, возникает ещё  вопрос: какие из рассмотренных  приборов  отражают реальность? Как видно (табл. 72), с увеличением скважности S импульсов в десять раз  производительность уменьшается в два раза, а удельная  мощность на клеммах электролизёра  , реализуемая аккумулятором  , - увеличивается. Из этого следует, что при уменьшении интенсивности процесса электролиза воды расход энергии на этот процесс растёт. Вряд ли с этим можно согласиться. Удельный расход не может так резко увеличиваться. Он должен оставаться, примерно, одинаковым. А получаемое увеличение расхода энергии – следствие искажённых показаний приборов.

2151.  Перед нами фундаментальный вопрос – где истоки многочисленных противоречий в показаниях приборов, учитывающих затраты электроэнергии на электролиз воды? Процесс электролиза воды изучается уже несколько столетий, но не нашлось ни одного исследователя, способного обнаружить описанные  противоречия.

2152. Чему же  равна средняя величина  мощности Рс на клеммах электролизёра? Все считают, что она равна произведению средней величины напряжения Uc на среднюю величину тока  Ic на клеммах электролизёра,  то есть  [1].

2153. А если напряжение подавать в электролизёр импульсами то, что покажет вольтметр, подключённый к его клеммам?  Он покажет те же значения, что и при непрерывном процессе подачи напряжения (рис. 285).

2154. Значит ли это, что показания вольтметра будут ошибочные? Конечно, значит.

Рис. 285.

2155. В чём суть этой ошибки? Внимательный анализ осциллограммы напряжения и тока, что подаются  на клеммы электролизёра импульсами (рис. 285), показывает следующее.  Импульсы напряжения c амплитудой  увеличивают уже имеющийся средний потенциал ,   на клеммах электролизёра. После подачи импульса напряжения  , амплитуда которого больше среднего напряжения на клеммах электролизёра (>),  величина напряжения на клеммах электролизёра вначале увеличивается, а потом начинает уменьшаться (рис. 285). Второй импульс напряжения вновь восстанавливает его до средней величины. Обратим внимание на то, что время появления импульсов тока  полностью совпадает со временем появления импульсов напряжения  , и оба они имеют одинаковую длительность .

2156. Чему равна скважность импульсов на осциллограмме (рис. 285)?  Импульсы напряжения и тока в данном случае можно считать прямоугольными. С учетом этого, скважность импульсов будет равна .

2157. Чему равно среднее напряжение , подаваемое на клеммы электролизёра? Оно равно амплитудному значению напряжения , делённому на скважность импульсов  (рис. 285, формула 2).

2158. Чему равен средний ток на клеммах электролизёра?  Он равен амплитудному значению  , делённому на скважность  импульсов (рис. 285, формула 3).

2159. Чему равна средняя мощность на клеммах электролизёра? Вполне естественно, что она равна величине, определяемой по формуле (396).

2160. Значит ли это, что, если электролизёр подключён к аккумулятору, то аккумулятор  будет реализовывать свою мощность по  формуле (396)? Ответ однозначный - значит.

2161. А что покажут приборы, подключённые к клеммам электролизёра?  Вольтметр покажет среднее напряжение  на клеммах электролизёра, которое будет  несколько меньше его амплитудного значения , но почти в 10 раз больше истинного среднего значения напряжения , подаваемого на клеммы электролизёра импульсами.

2162. Почему возникает такое противоречие?  Потому что вольтметр, подключённый к клеммам электролизёра, не сможет усреднять истинное импульсное напряжение, средняя величина  которого участвует в процессе электролиза воды. Он будет показывать среднее напряжение  на клеммах электролизёра, величина которого почти в 10 раз больше истинного среднего напряжения , поданного на клеммы электролизёра импульсами.

2163. Обращали ли исследователи внимание на описанные противоречия? Нет, не обращали.  Они с полным доверием относились и относятся к показаниям электроприборов, учитывающих расход электроэнергии на электролиз воды.

2164. Если электролизёр подключить к общей сети то, что покажет счётчик электроэнергии?  Он покажет, что величина мощности  на клеммах электролизёра определяется по формуле (407).

                          (407)

 

2165. Поскольку скважность импульсов в рассматриваемом примере равна , то формулу (407) надо привести к виду, учитывающему скважность импульсов. Решалась ли эта задача? Решалась более 100 лет назад путём графоаналитичесего решения уравнения (407).

2166. Какой вид приняла формула (407) в результате указанного решения? Конечный результат решения этого уравнения – простая формула для расчёта средней величины  импульсной электрической мощности

 

 .             (408)

 

2167. Почему эта формула отличается от уже полученной нами формулы (396)? Потому, что в сети напряжение не импульсное, а непрерывное, равное 220В. Счётчик сделан так, что он усредняет только импульсы тока, а напряжение оставляет таким, какое есть в сети, то есть  - на  клеммах счётчика. В результате, все современные счётчики электроэнергии не учитывают скважность импульсов напряжения.

2168. Значит ли это, что счётчики электроэнергии правильно учитывают непрерывное напряжение и ошибаются при учёте  напряжения, потребляемого импульсами? Значит.

2169. Откуда появилось, описанное противоречие и почему оно до сих пор не устранено?  Это противоречие давно породили математики своим незнанием элементарных  основ физики. Достоверность свих действий они доказывают одинаковой величиной мощности, показываемой всеми приборами, представленными на схеме (рис. 286).

2170.  Почему расчёты по формуле (408) совпадают с показаниями всех приборов, представленных на рис. 286? Потому что в Ваттметр PX120 и в осциллограф  Tektronix заложены  математические  программы, следующие из формулы (408).

Рис. 286.  Схема для измерения напряжения,  тока и мощности, реализуемой

аккумулятором на импульсное питание лампочки

(К- электронный ключ, Л - лампочка)

 

2171.  Почему же тогда  формула (408) даёт ошибочный результат при расчёте средней величины импульсной мощности?   Понятный ответ на этот вопрос получается только при детальном  анализе самой математической модели (408) и процесса расчёта с её помощью средней величины импульсной электрической мощности. Для этого представим схему эксперимента по подаче импульсов напряжения и тока на клеммы лампочки (рис. 286) и детально проанализируем её.

2172. Каким образом проверялась достоверность  формулы (408)? Электрическая схема для получения ответа на этот вопрос представлена на рис. 286.  На схеме  К- электронный ключ, подававший импульсы напряжения на клеммы лампочки (Л). Осциллограмма импульсов напряжения и тока, снятых с клемм аккумулятора, представлена на рис. 287.

2173. Каким же образом математики объясняют кажущуюся логичность графоаналитического решения уравнения (408)?   Математики-прикладники,  не мудрствуя лукаво, сразу дают, по их мнению,  очень убедительное доказательство правильности своих графоаналитических действий при интерпретации осциллограммы импульсов напряжения и тока, снятых с клемм источника питания (рис. 287). Они  объясняют электротехникам достоверность полученного результата (408) следующим образом.

         Есть напряжение и ток (рис. 287, интервал ), есть мощность, нет тока (рис. 287, интервал  ) – нет мощности, а величина напряжения, которое присутствует в момент, когда ток равен нулю (в интервале ), не играет никакой роли. С виду, очень убедительное объяснение, а при тщательном анализе, который мы приведём сейчас,  – фундаментальная ошибка с глобальными отрицательными последствиями.

2174. В чём сущность ошибочности математической логики при  нулевых физических знаниях? Обращаем внимание читателей на то, что это центральный вопрос тупиковой современной энергетики и неоспоримое преимущество будущей импульсной энергетики. Поэтому есть основания уделить особое внимание представляемому нами анализу, чтобы понять  суть  тупика.

 

 

Рис. 287.  Осциллограмма, снятая с клемм аккумулятора,

питавшего лампочку импульсами  напряжения   и  тока 

 

            На осциллограмме (рис. 287) явно видны прямоугольные импульсы напряжения и тока длительностью , которая значительно меньше длительности периода . Для определения средней величины импульсной мощности математики разработали графоаналитический метод, основанный на графическом решении уравнения (408). Этому способствовали возможности современных приборов представлять графически закономерности изменения напряжения и тока (рис. 287). 

        Однако,  перевод аналитического метода решения  уравнения (407) в графоаналитический, требовал основательных знаний по физике, и особенно по электротехнике. Этих знаний у математиков не оказалось.  Они не задумывались о физической сути процесса генерации средней величины импульсной мощности. В результате физико-математическая ошибка, допущенная математиками и не обнаруженная инженерами-электриками,  задержала развитие экономной импульсной энергетики почти на 100 лет.

2175.  В чём сущность  физической ошибки математиков?  При составлении программы для графоаналитического решения уравнения (407), с целью определения средней величины импульсной мощности , реализуемой первичным источником питания (в данном случае – аккумулятором),  роль  ориентира выполняло математическое уравнение (407), которое   предназначено для вычисления средней мощности, генерируемой непрерывно меняющимися функциями напряжения     и тока  . В формуле (407)  перемножаются результаты интегрирования функций напряжения и тока.

          При графоаналитическом методе решения этого уравнения перемножаются ординаты напряжения и тока. Затем  полученные произведения складываются и делятся на общее количество произведений  в интервале периода . В результате получается средняя (назовём её старой) величина старой электрической мощности . Математическая формула  для её расчёта принимает вид, представленный в конце формулы (408). 

           Электроника, реализующая математические программы, заложенные  в современные электронные электроизмерительные приборы, способна измерять в секунду десятки   тысяч ординат функций напряжения и тока, перемножать их и выдавать среднее значение  мощности   с большой точностью.

           Проследим, как они делают это. Для этого внимательно присмотримся к осциллограмме на рис. 287. Измеряется ордината  импульса напряжения  и ордината импульса тока в интервале их длительности  (рис. 287, интервал А-В). Затем ординаты напряжения и тока  перемножаются, полученные произведения складываются,  и учитывается общее количество полученных произведений в интервале всего периода . 

         Вот тут и начинается процесс формирования физико-математических ошибок. Когда ординаты напряжения и тока снимаются в интервале длительности их импульсов , то физико-математические законы не нарушаются, так как процесс генерирования напряжения и тока  в интервале длительности импульса  непрерывный.

           Как только закончился интервал  длительности импульса (рис. 287, точка В), то электрическая цепь разрывается и ток исчезает из электрической цепи,  процесс генерирования мощности, реализуемой аккумулятором, прекращается до следующего импульса (точка С). Доказательством отключения аккумулятора  является видимое в точке В восстановление напряжения на клеммах аккумулятора до номинальной величины (рис. 287, точка В). Это доказывает, что в интервале ВС аккумулятор не работает, то есть  не участвует в формировании мощности до следующего импульса (рис. 287, точка С).

              А теперь  обратим внимание на главное. После прекращения действия импульса тока  с амплитудой  (рис. 287, точка В),  напряжение на клеммах аккумулятора не падает до нуля, а восстанавливается до своего номинального значения  при полном отключении аккумулятора и прекращает своё участие в процессе генерации средней величины импульсной мощности  в интервале , то есть от точки B до точки С  (рис. 287).

           Но вольтметр, подключённый к клеммам лампочки, продолжает показывать среднее напряжение на клеммах и лампочки, и аккумулятора. В результате, он учитывает и ту часть напряжения, которая, остаётся на клеммах аккумулятора, но не участвует в формировании средней величины мощности  на клеммах лампочки, когда прерывается импульс, то есть в интервале .

          А математическая формула (408) пытается  убедить нас в том, что амплитудное значение напряжения  участвует в формировании мощности в интервале всего периода  непрерывно. В интервале ()  отсутствия импульсов  (и напряжения и тока), программа продолжает перемножать нулевые значения ординат тока и полные ординаты номинального напряжения на клеммах аккумулятора и учитывать количество этих перемножений. В результате количество произведений с нулевыми значениями тока и не нулевыми значениями напряжения входит в общее количество этих произведений за период , и окончательеый результат получается таким, каким он представлен в конце формулы (408).

2176. В чём суть ошибочности математической программы неправильно учитывающей среднюю величину импульсной электрической мощности? Сущность ошибочности математической программы заключается в том, что она делит  сумму произведений амплитудных значений напряжения и тока, полученных в интервале длительности импульса , на общее количество произведений, полученных за весь период .   Так как количество произведений  амплитудных значений напряжения  и тока  за период больше, чем за длительность  импульса в количество раз, равное , то в итоге получается  произведение амплитудных  значений напряжения и тока, разделённое на скважность импульсов  (см. конец формулы 408) один раз.

2177. В чём суть физико-математической ошибки, заложенной в формуле (408)? Суть в том, что система СИ требует непрерывного участия  напряжения и тока в формировании мощности в интервале каждого периода , а значит и каждой секунды.  Часть   формулы (408) строго соответствует этому требованию, так как из неё следует средняя величина тока , действующего непрерывно в интервале всего периода. Эта часть () показана на рис. 287.   Она   равна

 

.                        (409)

 

             Посмотрим  внимательно ещё раз  на осциллограмму (рис. 287) и обратим  внимание на физическую суть, содержащуюся в формуле (408). Она заключается в том, что вертикальный  прямоугольный  импульс тока с амплитудой   и длительностью   формула (409) превращает в горизонтальный прямоугольник с амплитудой , заполняющий длительность всего периода  (рис. 287). Это полностью соответствует системе СИ, требующей непрерывное участие тока в формировании мощности в интервале всего периода , а значит и – секунды.

             Теперь проследим  за участием напряжения в формировании средней импульсной мощности. В формуле (408) амплитудное значение напряжения  участвует в формировании средней величины импульсной мощности своей полной величиной  в интервале всего периода , а осциллограмма (рис. 287) отрицает этот факт. Из неё следует, что напряжение со своим амплитудным значением  участвует в формировании средней величины импульсной мощности только в интервале длительности импульса , а в остальной части интервала  оно, как и ток  не участвует в формировании средней величины импульсной мощности, так как в этом интервале () цепь разомкнута и на клеммах лампочки нет напряжения. Оно присутствует только на клеммах аккумулятора и равно  своему номинальному значению. А в формуле (408) оно участвует своей полной амплитудной  величиной  в формировании средней величины импульсной электрической мощности на клеммах лампочки весь период .

          В результате этой   физико-математической  ошибки  величина средней импульсной мощности на питание лампочки, реализуемой аккумулятором, увеличивается  в количество раз, равное скважности импульсов напряжения.

          Удивительно то, что этот ключевой момент оказывается непонятным не только академикам – физикам всех стран мира, но и большинству инженеров-электриков,  уже более 100 лет.

          Отметим попутно, что описанная ошибка тесно связана с главной аксиомой Естествознания - аксиомой Единства пространства-материи-времени. Ошибочная формула (408) правильно  учитывает процесс формирования средней импульсной мощности только в интервале длительности импульса  и искажает этот учет в оставшейся части периода . Это явно противоречит системе СИ и аксиоме Единства,  из которой следует, что напряжение и ток должны оставаться  функциями времени непрерывно, в интервале всего периода формирования мощности.

         Нельзя останавливать процесс их участия в формировании мощности в  заданном интервале времени – секунде, а значит и в периоде, так как это означает остановку времени участия напряжения в процессе формирования средней величины импульсной электрической мощности. Формула (408) игнорирует это требование аксиомы Единства и системы СИ.   Амплитудное значение напряжения , стоящее в этой формуле, также  реально участвует в формировании средней величины импульсной мощности только в интервале длительности импульса   и не участвует в остальной части периода , так как в этой части периода потребитель импульсов напряжения (лампочка)  отключён. В этой процедуре и заложен процесс остановки времени, что нельзя допускать в соответствии с требованиями системы СИ и аксиомы  Единства.

2178. Что же надо сделать, чтобы обеспечить непрерывное участие напряжения  в формировании средней величины импульсной электрической мощности в интервале всего периода ?  Надо, прежде всего, знать требования системы СИ  к непрерывному действию напряжения и тока в течение секунды, а значит и в течение каждого периода. Реализуется это требование просто – путем деления  амплитудного значения напряжения  на скважность импульсов. Ошибочная формула (408)  более 100 лет работает во всех электроизмерительных приборах, учитывающих расход электроэнергии, и прочно блокирует процесс  разработки экономных импульсных потребителей электроэнергии.  Для превращения  ошибочной формулы (408) в безошибочную, надо учитывать скважность  импульсов тока  и импульсов напряжения . Если они равны, то формула, правильно учитывающая среднюю величину импульсной мощности, принимает  вид.

              (410)

 

            Символ  в формуле (410) – скважность импульсов. Если импульсы напряжения и тока прямоугольные, то скважность определяется путём деления периода  следования импульсов на их длительность  ,    (). Проследим за процессами экспериментального доказательства ошибочности формулы (408) и правильности формула (410).

2179. Можно ли привести результаты экспериментальной  проверки ошибочности формулы (408) и правильности формулы (410)? Результат  проведённого теоретического анализа настолько очевиден, что, казалось бы,  нет нужды проверять его достоверность экспериментально. Но мы, понимая неизбежность  голословных возражений,   сделали такую проверку. Взяли аккумулятор, загрузили  его импульсным потребителем - электромотором-генератором МГ-2 (рис. 288), который, питая электролизёр,  проработал  3 часа 10 минут в режиме поочерёдной разрядки одного аккумулятора и зарядки другого при одновременном питании электролизёра. За это время напряжение на клеммах аккумуляторов упало  на 0,3В. Это значит, что при питании электромотора-генератора, который, получая энергию от аккумулятора, часть её передавал электролизёру, а часть - на зарядку другого аккумулятора,  скорость падения напряжения на   клеммах  аккумулятора оказалась равной  0,1В в час  (рис. 288).

         Показатели разрядки аккумуляторов за 3 часа 10 минут и осциллограмма напряжения и тока, снятая с клемм  аккумулятора,  представлены  на  (рис. 289).   Расчёт величины средней импульсной мощности, реализуемой аккумуляторами по формуле (408) даёт такой результат

.                  (411)

 

Рис. 288: а) фото МГ-2 + 2 аккумулятора 6МТС-9; b) лампочки + аккумулятор

            Тут следует отметить, что вольтметр, подключённый к клеммам работающего аккумулятора показывал 12,0 В, а амперметр – 3,1А. Это соответствует мощности, равной 37,20 Вт. Для проверки достоверности результата (411) вначале была взята нагрузка (37,20 Вт), соответствующая показаниям вольтметра и амперметра, в виде набора лампочек общей мощностью (21+5+5+5)=36,00Вт (рис. 288, b).

          Так как приборы показывали, что аккумуляторы, питавшие МГ-2, реализовывали мощность равную 37,20 Ватта, то вместо МГ-2 к тем же аккумуляторам были подключены лампочки с общей мощностью 36 Ватт (рис. 288, b). Начальное напряжение  на клеммах аккумуляторов было равно 12,78 В.  Через один час 40 минут непрерывной работы напряжение на клеммах работающих аккумуляторов  уменьшилось до  4,86, или на 7,92В.  Если бы лампочки оставались включёнными 3 часа 10 минут, как и при питании электромотора-генератора, то напряжение на клеммах аккумуляторов упало бы до нуля. Из этого следует ошибочность показаний приборов: вольтметра и амперметра при питании МГ-2 от аккумулятора.

            Фактическое падение напряжения на клеммах аккумуляторов за 3 часа 10 минут  непрерывного питании МГ-2, представлено на осциллограмме (рис. 289)  и  в табл. 73

Рис. 289. Результаты испытаний МГ-2 в режиме разрядки и зарядки аккумуляторов при питании электролизёра  (рис. 288, а)

 

Таблица 73. Результаты испытаний МГ-2 в течение 3 часов 10 минут.

 

Начальное  напряжение, В

Конечное напряжение, В

1+2 (разрядка)

12,28

12,00

3+4 (разрядка)

12,33

12,00

 

            Импульсный электромотор-генератор МГ-2 работал с оборотами .  Вольтметр показывал на клеммах импульсного электромотора-генератора напряжение, равное напряжению на клеммах аккумулятора  .  Средняя величина тока по показаниям амперметра была равна . В результате получалось, что импульсный электромотор-генератор реализовывал электрическую мощность, равную .

            Обработка осциллограммы (рис. 289) дала другой результат. Скважность импульсов напряжения и тока оказалась, примерно, одинаковой и равной  С учётом этой скважности  средняя величина напряжения  равна  , а средняя величина тока . Из этого следует, что средняя величина мощности, реализуемой электромотором-генератором МГ-2, равна 

 

.

 

         Это в 10 раз меньше показаний всех приборов. Удельная мощность, реализуемая  на получение одного литра водородно-кислородной смеси , почти в 10  раза меньше затрат при существующем промышленном получении  смеси этих  газов.  Эксперимент длился 3 часа 10 минут.

            Итак, все инженеры и все академики более 100 лет не пытались разобраться с физической сутью процесса формирования импульсной электрической мощности, из которого следует правильная математическая модель для расчёта средней величины импульсной электрической мощности (412).

                     (412)

 

            Этого вполне достаточно для  однозначного вывода  о полной ошибочности  старого закона (408) формирования средней  импульсной электрической мощности и достоверности нового - (412).

 2180. Представленные результаты эксперимента убедительно доказывают ошибочность старого закона (408) формирования средней импульсной мощности и достоверность нового закона (412) формирования такой мощности. Но, учитывая глобальную важность вопроса, нужны дополнительные экспериментальные доказательства. Были ли они и в чём их суть? Второй эксперимент по проверке достоверности формулы (412) и ошибочности формулы (408) длился непрерывно 72 часа. Для его проведения первый электромотор-генератор МГ-1 был переоборудован для питания от 4-х мотоциклетных аккумуляторов (рис. 290). Одна их группа питала МГ-1, а вторая заряжалась импульсами ЭДС индукции статора МГ-1. К импульсам ЭДС самоиндукции статора была подключёна ячейка электролизёра. Схема предусматривала ручное переключение аккумуляторов с режима питания на режим зарядки с интервалом  30мин.  В результате были получены данные, представленные в табл. 74.

 

Таблица 74. Результаты испытаний МГ-1

Часы   работы

Общее напряжение

1-й группы  аккум., В

Общее напряжение

2-й группы  аккум., В

Через 10 Часов

51,00-49,30 – разрядка

49,10-51,50– зарядка

Через 30 Часов

49,70-48,00 – разрядка

48,00-50,10 – зарядка

Через 60 Часов

48,60-46,10 – разрядка

48,90-46,10 – разрядка

Через 72 Часа

41,80-47,70 – зарядка

48,20-41,40 – разрядка

За 72 часа  получено  43 литра  смеси газов водорода и кислорода (0,60л/час)

     

   В следующей таблице 75 видно, что через 72 часа непрерывной работы в режиме разрядка и зарядка напряжения на аккумуляторах № 3 и № 7 опустились ниже допустимой величины 11,00В (Это заводской брак). В результате, время между зарядками и разрядками начало сокращаться, и эксперимент был остановлен. Однако его результаты также убедительно свидетельствуют об ошибочности старого закона (408) формирования средней величины импульсной электрической мощности и достоверности нового – (410, 412).

 

 

Рис. 290. Фото МГ-1, ячейки электролизёра и аккумуляторов,

питавших МГ-1 в режиме разрядки и зарядки

 

Таблица  75. Падение напряжения на клеммах аккумуляторов через 72 часа их непрерывной работы в режимах разрядки и зарядки [1]

Первая группа аккумуляторов

Вторая группа аккумуляторов

Номер аккум.

Напряж., В

Номер аккум.

Напряж., В

1

11,03

5

11,40

2

11,57

6

11,47

3

7,99

7

10,77

4

11,64

8

11,74

 

2181.  Чему равно среднее падение напряжения всех аккумуляторов в режиме разрядка – зарядка за 72 часа непрерывной работы?  Номинальное напряжение заряженного 12-ти вольтового аккумулятора считается равным 12,50В.  Если учесть среднее напряжение 6-ти нормально работавших аккумуляторов:

(11,03+11,57+11,64+11,40+11,47+11,74)= 68,85/6=11,475=11,50В, то среднее падение напряжения на клеммах каждого аккумулятора за 72 часа работы составило 12,50-11,50=1,0В.

2182. Какому количеству энергии, отобранной у аккумуляторов, соответствует полученная величина среднего падения напряжения? Мотор-генератор МГ-1 проработал непрерывно 72 часа, в режиме поочередного  питания от одной группы мотоциклетных аккумуляторов и зарядки  второй группы, при одновременном питании электролизёра (рис. 290). За это время напряжение аккумуляторов  упало в среднем на 1,0 Вольта. Учитывая количество аккумуляторов - 8  и   ёмкость каждого – 18Ач, имеем величину энергии,  которую отдали все аккумуляторы за 72 часа   

2183. Какая мощность реализовывалась всеми аккумуляторами, потерявшими 518400Дж энергии за 72 часа работы? Средняя мощность, которую реализовывали все аккумуляторы в течение 72 часов непрерывной работы, равна .

2184. Какое количество смеси водорода и кислорода было получено при электролизе воды за 72 часа работы? За 72 часа непрерывной работы электролизёр произвёл  43 литра газовой смеси водорода и кислорода.

2185. Какова удельная мощность, реализовывавшаяся на получение одного литра смеси водорода и кислорода? На получение 1 литра указанной смеси газов, реализовывалась мощность, равная   Это  почти в 100 раз меньше, чем у промышленных электролизёров [1].

2186. В чём суть новой методики разработки математических программ, закладываемых в электроизмерительные приборы, правильно учитывающие электрическую мощность и электрическую энергию? Суть новой  методики составления программы, закладываемой в электроизмерительные приборы, которая автоматически правильно  учитывала бы  непрерывный и импульсный  расход электроэнергии заключается в следующем.

           Для этого надо, чтобы математическая программа, определяющая среднюю величину напряжения, учитывала бы количество ординат в интервале действия  импульса (рис. 287, интервал ) и прибавляла бы к ним количество ординат в интервале времени . Потом делила амплитудное значение напряжения  на общее количество ординат с учётом выбранного масштаба. В результате  амплитудное значение  напряжения  превращается в среднюю величину напряжения . Аналогичным образом должна определяться и средняя величина импульса тока . Тогда средняя величина импульсной мощности, реализуемой первичным источником питания, вычисляется по формулам (396) и (412). Эта же программа будет правильно учитывать величину электрической мощности при непрерывном процессе подачи напряжения на клеммы потребителя, так как скважность импульсов будет равна

2187. Сколько времени длится ошибочная реализация старого закона (408) формирования средней импульсной электрической мощности? С момента зарождения электрической энергии, получаемой человеком, и до настоящего времени, несмотря на то, что ошибочность закона сохранения энергии  была доказана нами и опубликована в 2000г.

2188. Как отнесутся к этому факту наши потомки? Будут потешаться над нищетой научного  интеллекта академиков РАН, так долго игнорировавших этот фундаментальный научный  результат.

2189. В чём суть общего научного итога данного научного поиска с глобальными последствиями для всего человечества?  Установлено, что  ошибочная формула (408), заложенная в математические программы учета электроэнергии, потребляемой из сети,  уже более 100 лет является мощным тормозом в разработке и внедрении импульсных потребителей электроэнергии. Так как счётчики, реализующие ошибочную программу, разрабатываемую на основании математической модели (408), завышают реальную величину импульсной мощности в количество раз, равное скважности импульсов напряжения.

2190. Есть ли действующие образцы экономных импульсных технических устройств для бытовых нужд? В России уже имеются действующие экспериментальные отопительные батареи, потребляющие электроэнергию из сети импульсами со скважностью, равной 100. Существующие счётчики электроэнергии, в которые заложены ошибочные  программы, завышают реальный расход электроэнергии такими батареями в 100 раз и таким образом прочно закрывают им дорогу к потребителю.

2191. В чём сущность обобщающей информации по приведённому анализу учёта средней импульсной мощности?  Новый закон формирования электрической мощности (410) и (412) открывает неограниченные возможности в сокращении расхода электроэнергии путём замены непрерывных потребителей электроэнергии  импульсными потребителями, при условии замены существующих счётчиков электроэнергии, искажающих учёт её импульсной реализации, новыми, правильно учитывающими величину не только непрерывно, но импульсно потребляемой  электроэнергии.

             Представленная здесь методика составления математических программ для счётчиков электроэнергии и других электроизмерительных приборов, правильно учитывающих её импульсное потребление,  означает, что российская   наука уже открыла путь экономной импульсной энергетике. Следующий шаг должна сделать Власть.  Информируем её о том, что математикам не составит труда разработать универсальную математическую программу для электронного счётчика электроэнергии, который бы правильно учитывал не только непрерывное, но и импульсное потребление электроэнергии. Изготовив его и испытав,  мы откроем путь очень экономным импульсным бытовым  потребителям электроэнергии.

2192. Значит ли это, что пока выгоднее использовать аккумулятор для одновременного  импульсного питания электролизёра и импульсной  зарядки аккумулятора? Интуиция подсказывает, что это так, и детальный расчёт, представленный нами, подтверждает это. При импульсной разрядке аккумулятора, он реализует мощность, равную средней величине напряжения , умноженной  на среднюю величину тока . Для  зарядки аккумулятора требуется не средняя величина напряжения , а большая, больше  номинальной величины на его клеммах, то есть больше 12,5В. Чтобы мощность зарядки была равна мощности разрядки, величина тока должна уменьшиться во столько раз, во сколько напряжение зарядки больше среднего напряжения разрядки . Например, аккумулятор имеет номинальное напряжение, равное 12,5В, а процесс зарядки идёт с перенапряжением до, примерно, 14В. Если скважность импульсов разрядки аккумулятора была равна , то среднее напряжение разрядки было равно, примерно, 12,5/10=1,25В.  При среднем токе разрядки, равном, например, 5А, средняя мощность импульсной разрядки будет равна  . Так как заряжать надо с перенапряжением до 14В, то средний ток зарядки при той мощности, при которой аккумулятор разражался, то есть при 6,25Вт,  будет равен  

2193. Значит ли это, что при среднем токе разрядки аккумулятора, равном 5А, как в рассмотренном примере, и скважности импульсов, равной 10, ток зарядки аккумулятора от электромотора-генератора будет равен  0,43А? Если среднее напряжение зарядки будет 14,5В, то средний  ток зарядки будет равен 0,43А. Это эквивалентно средней мощности разрядки, равной  .

2194. Выгодно ли подзаряжать аккумулятор, питающий электромотор – генератор, от сети?  Интуиция подсказывает, что выгодно, а расчёт опровергает её. Поскольку зарядка аккумулятора из сети идёт через выпрямитель и латр, то они тоже будут потребителями электроэнергии из сети и мощность 6,25Вт возрастёт на 10-30%. Возьмём 30%. Это 1,875Вт. Тогда общая мощность зарядки из сети составит 6,25+1,875=8,125Вт. Вполне естественно, что средняя величина тока тоже увеличится и станет равной, например, 0,7А. В этом случае счётчик электроэнергии покажет минимальную мощность зарядки, равную 220х0,70=154Ватта. Это в 154/6,25=24,64 раза больше мощности импульсной разрядки аккумулятора.

2195. Из предыдущего анализа следует, что, забирая из одного аккумулятора мощность, равную 6,25Ватт, нужно вырабатывать такую же мощность для зарядки другого аккумулятора и – иметь избыток энергии для реализации какого-нибудь технологического процесса, электролиза воды, например. Так это или нет? Так. 

2196. Что покажет вольтметр, подключённый к клеммам электролизёра? Он покажет среднее напряжение на его клеммах, которое больше среднего импульсного напряжения, подаваемого на клеммы электролизёра из первичного источника питания в количество раз, равное скважности импульсов напряжения.

2197. Что покажет амперметр, подключённый к клеммам электролизера, питаемого импульсами напряжения? Он покажет среднюю величину тока, которая равна его амплитудному значению, деленному на скважность импульсов.

2198. Значит ли это, что приборы, подключённые к клеммам электролизёра, показывают большую мощность, чем та,  которая якобы  подаётся электролизёру от первичного источника питания? Ответ однозначный, значит.

2199. Как влияет амплитуда импульса напряжения, подаваемого в электролизёр, на, так называемое, перенапряжение ячеек? Никак.

2200. Как это понимать?  Это надо понимать так, что электролизёр сам автоматически устанавливает  нужную ему величину напряжения, уменьшая при этом амплитуду импульса напряжения  так, чтобы среднее напряжение на ячейке было около 2-х Вольт (рис. 285).

2201. Есть ли этому наглядные экспериментальные доказательства? Есть. Они  на рис. 291.  Справа серийный газосварочный аппарат ЛИГА-12, имеющий 70 ячеек. Слева - наш экспериментальный электролизёр с тремя ячейками.  Одинаковое пламя горелок свидетельствует об их, примерно, равной производительности. На клеммах 70 ячеек ЛИГА-12 около 70х2=140В, а на клеммах экспериментального электролизёра из 3-х ячеек – около 6В. Источник питания один - электрическая сеть. Оба потребителя питаются через одинаковые латры.

2202. Сколько лабораторий мира занимаются проблемами электролиза воды? Статистики нет, но их более 1000. Только в России несколько  десятков лабораторий РАН занимаются исследованиями процесса  электролиза воды. Существуют ассоциации учёных по водородной энергетике, объединяющие специалистов разных стран и континентов. Они ежегодно проводят научные конференции по результатам своих достижений.

2203. Кто же лидирует в этой области знаний? Учёные академических лабораторий или учёные лабораторий различных фирм и корпораций или учёные, занимающиеся этой проблемой индивидуально?  Интересный вопрос. Лидируют, если можно так сказать, любители этой области знаний.

2204. Кто из любителей достиг наилучших показателей?   Одним из первых о своих достижениях объявил  китаец, получивший образование в США и обосновавшийся на Филиппинах в начале нашего века (рис. 292).

2205. Каковы его достижения сейчас? Он входит уже в корпорацию, которая расположена в Малайзии  и торгует электролизёрами для автомобилей, снижающих, как они говорят, расход топлива на 30%. Среди покупателей продукции этой корпорации   есть и россияне, купившие  электролизёры этой компании, которые не дают объявленный эффект. О сущности обмана мы опишем ниже.

 

Рис. 291.

 

2206. Кого можно назвать вторым по достижениям в этой области? Нам трудно сказать, был ли он вторым или первым. Это американский исследователь Стенли Мейер (Stan Meyer). Ему приписывают разработку источника питания электролизёра, частота которого совпадает с собственной частотой колебаний молекул воды. В результате, как сообщается, процесс электролиза идёт в резонансном режиме и   затраты энергии на электролиз воды резко уменьшаются.

Рис. 292.

 

2207. Есть ли основания доверять такой интерпретации результатов достижений Стенли Мейера?  Мы не имеем электрической схемы его устройства, но уже знаем, что его достижение базируется не на резонансном явлении. О его сути мы расскажем ниже.

2208. Был ли контакт со Стенли Мейером? Прямого контакта не было, а косвенный был. В начале этого века я занимался плазменным электролизом воды, и европейцы пригласили меня на свою энергетическую конференцию. Мой доклад был признан лучшим.  Завязались тесные контакты. Через год мне привезли рукопись книги Стенли Мейера об электролизе воды и попросили дать положительное заключение, которое, как мне объяснили, послужит основой для нашей встречи и последующей подготовке нас к Нобелевской премии. Они знали, что мои теоретические знания превосходят знания Мейера. Я внимательно изучил эту рукопись и не мог проигнорировать серьёзные ошибки в ней. Написал отрицательный отзыв. С тех пор меня оставили в покое, а Стенли  Мейер активно продвигался вперёд в результатах своих экспериментальных исследований и рекламировал их в Интернете.  В начале 2009 года его и его помощников отравили те, кто увидел в его достижениях конкуренцию своей продукции.  Американские исследователи создали фильм об этом, который был переведен и на русский язык. Он в Интернете.  В фильме чёткий намёк на то, что проф. Канарёв из России, фото которого показано в Видео,  – уже в очереди на расправу.

2209. В чём суть достижений Стенли Мейера?   Существует известное явление индукции и самоиндукции.  Явление самоиндукции возникает при разрыве электрической цепи. Длительность импульса ЭДС индукции (рис. 292, +20V)  значительно больше длительности импульса самоиндукции (рис. 292, -1500V), но амплитуда ЭДС  самоиндукции многократно больше амплитуды ЭДС индукции. Импульс ЭДС самоиндукции считается  «паразитным», и все стремятся снизить его негативные последствия. Стенли Мейер и Китаец поступили наоборот. Они начали подавать импульсы ЭДС самоиндукции в электролизёр. Это и есть главный источник их успеха. Физику и химию реагирования  ячейки электролизёра  на это никто из них не знал, но  положительный результат  был очевидный. Конечно, малазиец продаёт свой автомобильный электролизёр без электронной схемы для генерирования импульсов ЭДС самоиндукции и купившие этот электролизёр не могут понять суть обмана.

2210. Обращались ли россияне за консультацией к владельцу любительских знаний по электролизу воды – автору этих строк?  Обращались, и им была рассказана суть обмана при покупке малазийского электролизёра и даны рекомендации по выходу из создавшейся ситуации.

2211. Есть ли у обращавшихся успехи и что заботит их сейчас? Конечно,  есть, и немалые. Сейчас их заботят жалобы клиентов о выходе из строя двигателей с чрезмерной подачей в них газовой смеси: водорода и кислорода, получаемых на борту автомобиля.

2212. Есть ли среди россиян те, кому удалось изготовить электролизёр Мейера?  Есть, конечно. Они делились своими достижениями. Им удалось снизить затраты  электрической энергии на получение одного литра смеси водорода и кислорода до 1,4 Ватта. Лучшими  до этого считались затраты, равные 3,0Ватта/литр газовой смеси. Согласно интернетовской информации один американский исследователь опустил указанные затраты до 0,7 Ватт/литр газовой смеси. Это уже не плохой результат.

2213. Что лежит в основе всех этих достижений и понимают ли авторы этих достижений их физическую и химическую суть? Все эти достижения – результат использования  импульса ЭДС самоиндукции. Так что гипотеза о резонансном разрушении молекул воды оказалась пока не реализованной. Среди исследователей водородной энергетики нет понимающих физику и химию процесса электролиза воды, так как для этого надо владеть новыми знаниями  о микромире. Поэтому до сих пор остаются  нереализованными ряд других эффектов,  но мы не собираемся писать о них, так как коммерция - не наша стихия, но потомкам мы оставим эти знания.

2214. Можно ли реализовать энергетический эффект импульсного питания электролизёра в соответствии с новым законом формирования мощности в электрической цепи, если первичный источник электрической энергии генерирует напряжение непрерывно? Конечно, можно, но только при универсальном счётчике электроэнергии, который правильно учитывал бы не только непрерывный, но и импульсный расход электроэнергии.

2215. Каким должен быть первичный источник питания, чтобы он позволял, в соответствии с новым законом формирования мощности электрической цепи, реализовать энергетическую эффективность процесса импульсного питания электролизёра? Он уже есть. Это импульсный электромотор-генератор (рис. 290 и 293).

Рис. 293. Фото  электромотора - генератора МГ-1

 

2216. Какую роль в процессах электролиза воды будут играть импульсные электромоторы-генераторы? Импульсные  электромоторы-генераторы выполняют одновременно две функции. Они работают  одновременно и в режиме электромоторов и в режиме электрогенераторов и генерируют  одновременно два вида энергии: электрическую и механическую. Такая универсальность обеспечивает им  большое будущее в работе совместно с электролизёрами.

2217.  Можно ли привести итоговые результаты испытанных импульсных электромоторов-генераторов?  Первый электромотор-генератор МГ-1 (рис. 293) испытан под двумя видами одновременной нагрузки: электрической и механической. Электрической нагрузкой статора  МГ-1 был электролизёр, а ротора - индукционный моментомер  Ж-83. Зависимость механической  мощности, генерируемой на валу МГ-1, от частоты его вращения представлена в табл. 78.

 

Таблица 78. Зависимость механической мощности на валу ротора

МГ-1 от частоты его вращения

Частота вращения, об./мин.

Крутящий момент, Нм

Мех. мощность, Вт.

900

0,50

47,10

1160

0,30

36,42

1225

0,25

32,05

1300

0,20

27,21

1500

0,175

27,47

          Странная зависимость. Обычно с увеличением частоты вращения ротора механическая мощность на его валу  увеличивается, а у электромотора – генератора  МГ-1, наоборот, механическая мощность  растёт с уменьшением частоты вращения его ротора. В табл. 79 приведены дополнительные  показатели работы электромотора-генератора МГ-1, а в табл. 80 – показатели электролиза воды.

Таблица 79. Электрическая мощность на клеммах  ротора  и  статора,

и механическая мощность на валу ротора.

 

Об./мин

 

На входе

На выходе

Входная мощность , Вт

Электрическая

мощность , Вт

Механическая

мощность,, Вт

Общая мощность.

, Вт.

1160

24,99

20,94

36,42

57,36

1225

21,28

16,25

32,05

48,30

1300

16,99

14,53

27,21

41,74

 

2218. Использовался ли импульсный электромотор-генератор МГ-1 в качестве источника питания электролизёра?  Такие опыты проводились. Удалось использовать оба вида энергии, генерируемой электромотором – генератором. К нижней части оси вала ротора был подсоединён  ещё один электрогенератор с постоянными магнитами (рис. 294, а).

Рис. 294. а) электромотор -  генератор МГ-1 с дополнительным  генератором

(МГ-0) внизу; b) два электролизёра

 

2219.  Получен ли эффект снижения затрат на электролиз воды при использовании электромотора – генератора МГ-1?  Получен. Его показатели – на осциллограмме (рис. 295 и в табл. 80. На осциллограмме (рис. 295) большие амплитуды импульсов напряжения 1'  и тока  1 принадлежат импульсам ЭДС самоиндукции верхнего статора, а импульсы с меньшей амплитудой напряжения 2’ и тока 2, генерируемые постоянными магнитами нижнего ротора, – принадлежат импульсам ЭДС индукции нижнего статора.

Таблица 80. Показатели электролиза воды

 

Об./мин.

 

На входе

На выходе

Количество

ячеек

Входная мощность , Вт

, л/ч

Уд. затраты

Вт/литр

1160

3

24,99

13,20

1,89

1225

4

21,28

11,40

1,87

1300

5

16,99

10,20

1,66

 

 

 

На клеммах одной ячейки, подключённой к клеммам импульсов ЭДС самоиндукции статора МГ-1  и индукции статора МГ-0.

;  ;

;  .

Рис. 295. Осциллограмма напряжения и тока  на клеммах ячейки электролизёра, подключённой к клеммам ЭДС самоиндукции статора МГ-1 и

ЭДС индукции статора МГ-0 (нижнего)

 

2220. Использовались ли импульсы ЭДС  двух генераторов МГ-1 + МГ-0 (рис. 294) для одновременного питания одного электролизёра? Использовались. Они – на рис. 295.

2221. Оптимизированы ли параметры МГ-1 + МГ-0 для питания электролизёра?  Нет,  ещё не оптимизированы. Поэтому   использована лишь часть механической мощности вала ротора МГ-1 (табл. 79) и, тем не менее,  эффект очевидный. Он побуждает задуматься о перспективах в развитии импульсных электромоторов-генераторов. Они очевидны, так как импульсные производители и импульсные потребители электроэнергии значительно экономнее производителей и потребителей непрерывной энергии, генерируемой в виде постоянного или синусоидального напряжения.

2222. Суть перспективы?             Самое заманчивое направление – создание автономного источника энергии, питающегося от аккумуляторов, заряжающего их и вырабатывающего дополнительную энергию на полезный технологический процесс. Такие процессы уже имеются.

2223. Какие условия необходимы для реализации резонансного процесса электролиза воды? Резонансный процесс плазменного электролиза воды идёт при определённой её температуре и определённом давлении в катодной камере (рис. 296) автоматически.

Рис. 296. Плазменный электролизёр из двух колб: в левой -  катод,

в правой: анод и трубка, соединяющая их внизу

 

2224. В чём суть конструкции и работы такого электролизёра?  Он имеет автономную катодную камеру и автономную анодную камеру (рис. 296, а), которые соединены между собой трубкой внизу (рис. 296, b). Суть работы такого электролизёра заключается в том, что основной процесс электролиза воды идёт в трубке, соединяющей катодную и анодную камеры (рис. 297, b).  В видеофильме хорошо видно, как увеличивается интенсивность процесса электролиза в трубке, соединяющей катодную и анодную камеры (рис. 296, а и b).

Рис. 297. Увеличение интенсивности выхода газов в патрубке, соединяющем анодную камеру с катодной  (газы устремляются в катодную камеру, влево),

с увеличением напряжения на клеммах электролизёра

 

2225. Измерялся ли выход газов? Измерялся (рис. 298).

Рис. 298:  a) – измерение объёма газов; b)- горение газов

 

2226. Можно ли привести результаты испытаний? Можно, но это предварительные результаты. Они в табл. 81. Энергоэффективность устойчивого плазменного процесса электролиза воды зависит в этом случае от ряда важных  факторов: от высоты водяного столба, формирующего избыточное давление в катодной и анодной камерах;  от   высоты водяного столба в затворе водородной колбы электролизера (рис. 296, a)  от высоты бака с рабочим раствором и т.д. Диаметр выпускной трубки водородной колбы (рис. 298, а) d=6 мм, сечение S=28,26 мм2 .Диаметр трубки водяного затвора для водородной колбы d=32 мм (рис. 298, b), сечение S=803,84 мм2 . Все эксперименты проводились при напряжении U=150 В и токе I≈3 А (табл. 81).

 

Таблица. 81. Показатели кратковременной стабильности  плазменного электролиза воды

Среднее напряжение при  плазменном электролизе, В

150В

Ток в начале плазменного режима, А

7А

Средний ток при  устойчивом плазменном режиме, А

3А

Время работы в режиме стабильного горения плазмы, с

30с

Количество  выделившихся газов в режиме стабильного горения плазмы, л

1,0л

Скорость выделения газов (1,0х3600)/30=120л/час

120,0л/час

Удельный расход энергии при данном плазменном электролизе воды, Вт/литр водорода 

 

3,75Вт/л

 

2227. Любой электролизёр, заряжаясь, приобретает электрический потенциал, равный, примерно, двум вольтам на ячейку. Последующее постепенное уменьшение этого потенциала указывает на то, что его можно подзаряжать не непрерывно, а импульсами. Как велико может быть в этом случае уменьшение затрат электрической энергии на процесс электролиза воды?  Исследования по использованию импульсных электромоторов-генераторов в качестве источников питания электролизёров находятся в начальной стадии, так как не все варианты конструкций МГ испытаны. Уже полученные данные показывают, что электромоторы-генераторы имеют хорошую перспективу быть первичными импульсными источниками питания электролизёров.

2228. В чём суть перспективы их использования? Суть в том, что электромоторы-генераторы потребляют электроэнергию из первичного источника импульсами и в процессе работы генерируют на каждый полученный импульс напряжения  три дополнительных импульса. Это импульс ЭДС самоиндукции в обмотке возбуждения ротора и два импульса в обмотке статора: импульс ЭДС индукции и импульс ЭДС самоиндукции.

2229.  Какой импульс выгоднее использовать для питания электролизёра?  Уже доказано экспериментально, что перспектива за импульсом ЭДС самоиндукции статора.

2230. Электролизёру нужны импульсы с небольшой амплитудой напряжения и с большой длительностью,  длительность  импульсов ЭДС самоиндукции, генерируемых в обмотке статора электромотора-генератора  очень маленькая, а амплитуда очень большая (рис. 299, а). Как решается это противоречие?  

Рис. 299. а) импульсы ЭДС самоиндукции в обмотке статора на холостом ходу МГ-1;

b) импульсы ЭДС самоиндукции статора МГ-1 трансформированные

в рабочие импульсы: 1- напряжения  и 2 - тока в электролизёре

 

Оно решается само собой автоматически. Электролизёр увеличивает длительность импульса ЭДС самоиндукции в количество раз, равное, примерно, скважности импульсов и уменьшает при этом их амплитуду до величины обеспечивающей небольшое перенапряжение электролизёра (рис. 299, b).

2231. Можно ли привести осциллограммы, доказывающие это? Они – на рис. 299, а и b.

2232. Почему при уменьшении площади  катода по сравнению с площадью анода в  зоне катода возникает плазма (рис. 300, b)? Потому что у катода в этом случае увеличивается плотность положительно заряженных ионов. Роль положительных потенциалов в этих ионах выполняют протоны атомов водорода. Они отделяются от положительных ионов и молекул воды, устремляются к отрицательно заряженному катоду (-) и соединяются с электронами, пришедшими из катода. В результате в зоне катода (Р-Р, рис. 300, b) формируется плазма атомарного водорода.

Рис. 300: а)  кластер ионов  в электрическом поле; b) схема простейшего плазмоэлектролитического реактора; с)  вольтамперная характеристика плазмоэлектролитического реактора

 

            На рис. 300: а)   – протон атома водорода в зоне катода; е6 – электрон атома кислорода в зоне анода; b)  схема простейшего плазмоэлектролитического реактора: 1-катод и входной патрубок для раствора,  2-анод,  3 - выпускной патрубок парогазовой смеси,  РР – зона плазмы; с) вольтамперная характеристика плазмоэлектролитического реактора: точка 5  соответствует предельному натяжению ионного кластера  приложенным электрическим потенциалом, после которого протон  отделяется от иона  и устремляется к катоду, получает электрон и образует атом водорода.

2233. Какую температуру может иметь плазма при плазменном электролизе воды и от чего она зависит? Интенсивность этой плазмы  зависит от приложенного напряжения и от  расхода раствора, омывающего катод. Чем больше приложенное напряжение и  больше расход раствора, тем интенсивнее плазма. Она свободно плавит и испаряет вольфрам, температура плавления которого равна , а температура кипения - .

2234. Какое явление генерирует шум при плазменном электролизе воды? Часть водорода, образовавшегося в зоне плазмы, вновь соединяется с кислородом, генерируя микровзрывы  в виде шума, сопровождающего этот процесс.

2235. В чём сущность физхимии процесса работы плазменного электролизёра?   По мере повышения напряжения  (рис. 300, с)   увеличивается натяжение ионных кластеров (рис. 300, а). В результате связи между электронами и протонами атомов водорода разрушаются, и протоны устремляются к катоду. Вначале в  самом растворе вблизи катода появляются отдельные искры. Это указывает на то, что протоны атомов водорода отделяются от ионов   и возможно от молекул воды и в процессе движения их к катоду вновь соединяются с электронами, синтезируя новые атомы водорода. Дальнейшее повышение напряжения увеличивает количество протонов, отделившихся от ионов   и молекул воды,  и у катода формируется  плазма атомарного водорода (рис. 300, с точки 5, 6). Электроны    атомов    водорода  в этот момент находятся в возбужденном состоянии и совершают переходы  с высоких энергетических уровней на низкие. При этом генерируя   свет  бальмеровских спектральных линий.

2236. От чего зависит выход газов при плазменном электролизе воды? От  уменьшения сгорания водорода в плазме.

2237. Можно ли уменьшить количество водорода, сгорающего в плазме при плазменном электролизе воды? Такие технические решения уже существуют, и мы расскажем о них ниже.

2238. Почему на поверхности катода при плазменном электролизе воды идёт трансмутация ядер химических элементов?  Потому что его бомбардируют протоны атомов водорода.

2239. Может ли плазмоэлектролитический процесс стать основным в изучении  трансмутации ядер атомов химических элементов? Так как поверхность катода бомбардируют протоны атомов водорода, отделившиеся от молекул воды и ускоренные разностью потенциалов, то в результате формируются условия, аналогичные условиям в ускорителях, но только в минимальных масштабах, поэтому плазмоэлектролитический процесс может найти применение в управляемой трансмутации ядер.

2240. В чём сущность принципа работы плазмотеплолизёра, ведущего электролиз воды и её нагрев?   Сущность его заключается  в формировании зоны для разрыва связей между кластерами ионов воды импульсами напряжения, которые генерирует сама плазма (рис. 301).

 

Рис. 301. Межэлектродная зона процесса  электролиза воды

импульсами напряжения, формируемого плазмой у катода

 

Электролиз воды при  фотосинтезе

 

2241. Есть ли в Природе закон формирования энергетической мощности, физическая суть которого соответствует закону формирования импульсной электрической мощности?  Да, такой закон существует. Он реализуется в процессах нагревания и охлаждения молекул. Они получают энергию импульсно, в виде локализованных фотонов, которые, будучи излучёнными,  теряют всякую связь со своим первичным источником, Солнцем, например.

2242. Управляет ли закон формирования энергетической мощности процессом фотосинтеза? Процесс фотосинтеза управляется фотонами, локализованными образованиями, несущими импульсы энергии, излучённые Солнцем.

2243.  Можно ли полагать, что полученные экспериментальные данные указывают на возможность искусственного воспроизведения процесса электролиза воды идущего при фотосинтезе? Небольшие затраты энергии на процесс электролиза воды и длительная работа ячеек без внешнего источника питания  создают серьёзные предпосылки для создания электролизёров, работающих по принципу близкому к тому, что идёт при фотосинтезе.

2244. С чего начинается теория электролиза воды? С анализа этого процесса в Природе. Считается, что в процессе фотосинтеза вода разлагается на водород и кислород. Кислород освобождается и уходит в атмосферу, а атомы водорода выполняют функции соединительных звеньев при формировании органических молекул.

2245. Как много выделяется водорода при фотосинтезе? Давно проведённые расчёты электрохимиков показали, что ежегодно в процессе фотосинтеза на планете Земля освобождается около 800 миллионов кубических метров водорода.

2246. Бывает ли водород, выделяющийся из воды при фотосинтезе, в атомарном состоянии? Нет, конечно, так как в атомарном состоянии он существует лишь в плазменном состоянии при температуре от 2700 до 10000 градусов.

2247. Как же тогда атомы водорода выполняют свои функции соединительных звеньев при синтезе органических молекул? Эти функции реализуются в процессах синтеза новых молекул, путём разрыва связей между атомами водорода в молекулах воды. В этом  случае отсутствует фаза атомарного состояния атома водорода в свободном состоянии.

2248. Существующая теория низковольтного электролиза воды предсказывает отделение атомов водорода от молекул воды и последующий синтез молекул водорода. В этом случае атомы водорода проходят фазу свободного состояния, при которой обязательно формируется плазма атомарного водорода, но в реальных низковольтных процессах электролиза воды никакая плазма не формируется. Почему?  Это один из главных вопросов, требующих ответа для понимания процесса электролиза воды. Если в воде нет ионов, то это эквивалентно разрыву электрической цепи и отсутствию движения электронов по проводам от анода к катоду. Когда же ионы появляются  в растворе, то они формируют электрическую цепь и в зоне катода накапливаются электроны.

2249. Как можно представить этот необычный процесс? Он на рис. 302, а   и  b. Слева – кластер из двух молекул воды, соединённых связями протонов Р атомов водорода, которые находятся в составе молекул воды. Энергии связей, показанные на схеме, зависят от температуры и присутствия молекул других химических элементов, с которыми молекулы воды могут устанавливать химические связи. В результате энергии связи в кластере воды так перераспределяются, что связь между протонами молекулы ортоводорода  (рис. 302, а и b), образовавшейся между двумя молекулами воды (рис. 302, а и b), усиливается, а связи между молекулой ортоводорода и ионами  уменьшаются до нуля и молекула ортоводорода выделяется в свободное состояние (рис. 302, c). Так идёт процесс фотосинтеза -  выделения молекул водорода из кластера молекул воды, минуя фазы атомарного состояния атомов водорода. Процесс этот идёт  при определённой температуре и достаточно медленно, так как на него не расходуется электрическая энергия.

Рис. 302. Схемы формирования кластеров воды с молекулами водорода

 

            Мы же стремимся ускорить  процесс электролиза воды, и платим за это. На рис. 302, d и e электрон  из сети оказался между двумя протонами  атомов водорода двух молекул воды. В образовавшемся кластере сформировалась молекула пароводорода. Энергии связи в этом кластере (d-e) распределяются так, что молекула параводорода (рис. 302, j)  выделяется в свободное состояние. Поскольку в кластере (рис. 302, d-e)  появился электрон  из сети, то на этот процесс электролиза расходуется энергия. На рис. 302, k-m  два протона атомов водорода двух молекул воды получили из сети по электрону  и сформировали более сложный кластер. Энергии связи в этом кластере распределяются так: они оказываются минимальными между протонами и электронами ионов , которые оказываются с одним лишним электроном и понесут его к аноду, а сформировавшаяся молекула ортоводорода (рис. 302, n) выделится в свободное состояние.

            Итак, мы проанализировали три варианта формирования молекул водорода в кластерах воды. В первом варианте (рис. 302, a, b, c) нет электронов из сети, а значит, и нет расхода электрической энергии на процесс электролиза воды. Во втором варианте (рис. 302, d, e, j) на формирование молекулы ортоводорода израсходован один электрон из сети, а в третьем  (рис. 302, k, m, n) - два.  Из этого следует, что процесс электролиза может идти без затрат электрической энергии и он идёт при фотосинтезе и с затратами электрической энергии в виде одного электрона   из сети (второй вариант) и двух электронов  - третий вариант.

2250. Почему теоретический  расчет энергии синтеза молекул водорода при низковольтном электролизе воды показывает наличие дополнительной тепловой энергии, а в реальных экспериментах и производственных циклах получения водорода она отсутствует?  В одном кубическом метре водорода содержится 1000/22,4=44,64 моля  молекулярного водорода. При его синтезе выделяется энергия:

 

               (414)

 

        Современные электролизеры расходуют на получение одного кубического метра водорода около 4 кВтч электроэнергии или (3600х4) = 14400 кДж. Учитывая энергию  (19463,0 кДж) синтеза одного кубического метра водорода   и энергию (14400 кДж), затрачиваемую на его получение, находим   показатель тепловой энергетической  эффективности низковольтного процесса электролиза воды .

            Таким образом, простой и строгий расчет показывает, что процесс низковольтного электролиза воды должен сопровождаться выделением 35% дополнительной тепловой энергии только в зоне катода.

            Причину отсутствия дополнительной энергии мы уже объяснили – отсутствие процесса свободного синтеза молекул водорода из атомов. Молекулы водорода выделяются из кластерной цепочки молекул  воды в синтезированном состоянии (рис. 302).

            Таким образом, при образовании молекул ортоводорода и пароводорода отсутствует фаза атомарного состояния водорода. Это – главная причина отсутствия плазмы при обычном электролизе воды. Описанный процесс даёт однозначный ответ на вопрос: почему при стандартном электролизе воды отсутствует плазма атомарного водорода?

2251. Какие же ионы передают электроны аноду? Какие кластеры образуются у анода, и в какой последовательности?  Известно, что ион  гидроксила,  имея отрицательный заряд , движется к аноду (рис. 303, g). Два иона гидроксила, отдавая по одному электрону аноду и, соединяясь друг с другом,  образуют перекись водорода   (рис. 303, h).

Рис. 303. Схемы формирования кластеров воды с молекулами

водорода у анода

 

            Известно, что процесс образования перекиси водорода эндотермический, а молекулы кислорода - экзотермический. При получении одного кубического метра водорода  процесс образования перекиси  водорода поглощает  22,32х109,00=2432,88 кДж. В силу этого даже при плазмоэлектролитическом  процессе температура раствора в зоне анода остаётся низкой.

            Если бы существовал процесс синтеза молекул кислорода, то при получении одного кубического метра водорода в зоне анода выделилось бы  22,32х495,00=11048,40 кДж. Вычитая из этой величины энергию, поглощенную при синтезе перекиси водорода, получим  11048,40-2432,88=8615,52 кДж. Складывая эту энергию  с энергией синтеза молекул водорода 19463,00 кДж, получим  28078,52 кДж.  В этом случае общий показатель тепловой энергетической эффективности   должен быть таким =28078,52/14400=1,95. Поскольку в реальности этой энергии нет, то этот факт подтверждает гипотезу об отсутствии процесса синтеза молекул водорода в зоне катода и молекул  кислорода  в зоне анода при низковольтном электролизе. Молекулы водорода (рис. 302, c, j)  и молекула кислорода  (рис. 303, j)  формируются в кластерных цепочках до выделения в свободное состояние, поэтому и не генерируется энергия их синтеза.

            Итак, мы  сняли   противоречия существующей теории низковольтного процесса электролиза воды и разработали новую теорию, которая  детальнее описывает этот процесс и точнее отражает реальность.

2252. Возможно ли, осуществить процесс электролиза, который идёт при фотосинтезе (рис. 303)? Такая возможность имеется. Она реализуется в низкоамперном электролизёре, схема которого представлена на рис. 304. Процесс электролиза в этом электролизёре не прекращается после отключения источника питания в течение нескольких часов. В результате общие затраты энергии на процесс электролиза резко уменьшаются.

2253. Почему электролизёр, представленный в патенте №2227817 (рис. 304) назван низкоамперным?  Потому что в нём идёт процесс электролиза при среднем токе 0,02А.

 

Рис. 304. Низкоамперный электролизёр

 

2254. Чему равнялась скважность импульсов?  Она была значительной.

2255. Зависит ли производительность ячейки с коническими электродами (ри. 304) от их размеров? Нет, не зависит.

2256. Почему появляется потенциал на электродах  электролитической ячейки до заправки её раствором?  Это явление связано с поляризацией молекул  воздуха силой гравитации.

2257. Почему в пустой  электролитической ячейке появляется положительный заряд на верхнем электроде, а отрицательный заряд – на нижнем? Причина этого - поляризация ионов воздуха гравитационным полем. Ион  молекулы воды - главный ион в воздухе. Он имеет линейную структуру, на одном конце оси, которого - электрон, а на другом - протон атома водорода. Так как масса протона почти в 1800 раз больше массы электрона, то осевые электроны этого иона оказываются вверху, а осевые протоны внизу. В результате на верхнем электроде формируется положительный потенциал, а на нижнем – отрицательный (рис. 304).

2258. Почему при заправке  электролитической ячейки (рис. 304) электролитом на её электродах автоматически появляется заряд больший, чем на электродах пустой ячейки? Потому что увеличивается концентрация ионов, поляризованных гравитационным поле.

2259. Как зависит энергетическая эффективность  электролизёра от  расстояния между электродами? С уменьшением зазора между коническими электродами энергетическая эффективность растёт.

2260. Как зависит энергетическая эффективность получения газов из воды от плотности раствора при импульсном питании электролизёра? С уменьшением плотности раствора энергетическая эффективность  ячеек именно этого электролизёра (рис. 304) растёт.

2261.  Сколько патентов получено на низкооамперные электролитические ячейки? Около 5.

2262. Почему в низкоамперной электролитической ячейке газы выделяются  в течение многих часов после отключения внешнего источника питания? Причина  известна.

2263. Почему  потенциал на электродах низкоамперной ячейки не уменьшается до нуля? Причина хорошо известна – пребывание ионов в поляризованном состоянии.

2264. Какие приборы и инструменты использовались в экспериментах с низкоамперным электролизёром (рис. 304)? Специальный экспериментальный низкоамперный электролизер (рис. 304); вольтметр М2004 класса точности  0,2  (ГОСТ 8711-78); амперметр М20015 класса  точности 0,2 (ГОСТ 8711-60); электронные весы с ценой деления  0,01 грамма; секундомер с ценой деления 0,1с; электронный осциллограф АСК-2022.

2265. Какой метод использовался для определения количества выделявшихся газов? Весовой.

2266. В чём сущность весового метода определения количества газов, выделяющихся при электролизе воды? Этот метод применим только для лабораторных исследований, когда масса ячеек электролизёра вместе с раствором небольшая (не превышает 6 кг). Тогда можно использовать электронные весы с точностью до 0,01г. Метод очень прост. Взвешивается электролизёр до эксперимента и после эксперимента. Количество газов определятся расчётным путем по массе, потерянной электролизёром за время опыта.

2267. По какой методике ведётся расчёт количества газов, выделившихся за время эксперимента?  Поскольку лабораторная модель ячейки  низкоамперного электролизёра  генерирует небольшое количество газов, то самым надёжным методом определения их  количества  является метод  определения изменения массы раствора за время опыта и последующего расчета выделившегося водорода и кислорода. При этом учитывается зависимость плотности водорода от его температуры (табл. 76) и растёт энергоэффективность процесса (табл. 77).

 

Таблица  76. Плотность водорода при разной температуре

Температура, град.

Цельсия

Плотность, гр./литр

0,0

0,0896

20,0

0,0846

25,0

0,0814

100,0

0,0661

500,0

0,0317

 

2268. Как интенсифицировать  процесс низкоамперного электролиза воды?  Самый большой недостаток низкоамперного электролизёра – независимость его производительности от  площади электродов. Он не масштабируется.

2269. Какой ещё информацией надо владеть, чтобы понимать тонкости процесса электролиза воды?  Нужна дополнительная информация о влиянии скважности импульсов напряжения и тока, подаваемых на клеммы электролизёра на его производительность и правильность определения средней величины импульсной мощности.

2270. Может ли низкоамперный электролизёр (рис. 304) работать при отключённом внешнем источнике питания? Процесс генерирования газов легко наблюдается по выходу образующихся пузырьков. Они продолжают выделяться, и после отключения электролизера от сети. Конечно, после отключения электролизера от сети  интенсивность выхода газов постепенно уменьшается, но не  прекращается в течение многих часов. Это убедительно доказывает тот факт, что электролиз идет  за счет разности потенциалов на электродах электролизёра (табл. 77). 

2271. Почему этот электролизёр назван низкоамперным?  Оказалось, что   процесс электролиза воды может протекать при напряжении 1,5-2,0 В между анодом и катодом и силе тока  0,02 А. Поэтому этот процесс назван низкоамперным.

2272. Можно ли привести итоговую таблицу с результатами испытаний низкоамперного электролизёра (рис. 304)?   Она представлена ниже (табл. 77).

2273. Суть дополнительной информации к экспериментальным данным?  В табл. 77 представлены результаты эксперимента при периодическом питании электролизера импульсами выпрямленного напряжения и тока. Есть основания полагать, что низкоамперный электролизёр  обладает не только свойствами конденсатора, но  и источника электричества одновременно.  Зарядившись в начале, он постепенно разряжается под действием электролитических процессов, протекающих в нём. Количество генерируемой им электрической энергии оказывается недостаточным, чтобы поддерживать процесс электролиза, и он постепенно разряжается. Если его подзаряжать периодически импульсами  напряжения,  компенсирующими расход энергии, то заряд электролизёра, как конденсатора, будет оставаться постоянным, а процесс электролиза – стабильным достаточно длительное время.

 

Таблица 77. Показатели низкоамперного  электролиза воды

Показатели

Сумма

1 – продолжительность работы электролизера, включенного в сеть,  в  шести  циклах t,  мин

 

6x10=60,0

2 – показания вольтметра V, Вольт;

11,4

2’ – показания осциллографа V’, Вольт;

0,40

3 – показания амперметра I, Ампер;

0,020

3’ – показания осциллографа, I’, Ампер;

0,01978

4 –  расход энергии   (P=VxIxτ/60), Втч;

0,228

4’ – расход энергии  (P’=V’xI’x τ/60) Втч;

0,0081

5 – продолжительность работы электролизёра, 

отключенного от сети, за шесть  циклов, мин

 

6x50=300,0

6 – изменение массы раствора m, грамм

0,60

7 –  масса испарившейся воды m’, грамм

0,06

8 – масса воды, перешедшей в газы, m’’=m-m’, г.

0,54

9 –  расход энергии   на грамм воды, перешедшей в газы, по  показаниям вольтметра и амперметра E=P/m’’, Втч/грамм воды;

 

0,420

9’ –  расход энергии   на грамм воды, перешедшей в газы, по  показаниям осциллографа  E’=P’/m’’, Втч/г;

 

0,015

10 –существующий  расход энергии на грамм воды, переходящей в газы  E’’, Втч/гр. воды

5,25

11 – уменьшение расхода энергии на получение водорода из воды по показаниям вольтметра и амперметра  K=E’’/P, раз;

 

23,03

11’ – уменьшение расхода энергии на получение водорода из воды по показаниям осциллографа  K’=E’’/P’, раз;

 

648,15

12- количество выделившегося водорода ΔМ=0,54x1,23x0,09=0,06, грамм

0,06

13 - энергосодержание  водорода  (W=0,06х142/3,6) =2,36, Втч

2,36

14-энергетическая эффективность  процесса электролиза воды по показаниям вольтметра  и амперметра (Wх100/P), %;

 

1035,1

14’ - энергетическая эффективность   электролиза воды по показаниям осциллографа  (Wх100/P’), %;

 

29135,80

 

            Мы представили результаты эксперимента, в котором конические  электроды были изготовлены из простой стали. Вполне естественно, что есть другие материалы с большими свойствами катализатора процесса разложения воды на водород и кислород без затрат электрической энергии (табл. 77).

            Отметим также, что одноимённый материал анода и катода  – сталь исключает возможность формирования гальванического элемента.  Тем не менее, на электродах ячейки появляется разность потенциалов около 0,10 В при полном отсутствии  электролитического раствора в ней. После заливки раствора разность потенциалов увеличивается. При этом положительный знак заряда всегда появляется на верхнем электроде, а отрицательный – на нижнем. Если источник постоянного тока генерирует импульсы, то выход газов увеличивается.

          Отметим ещё один особо важный момент. Зазор между электродами низковольтного  электролиза соизмерим с размером пузырей газа, поэтому, поднимаясь вверх, пузыри  газа способствуют механическому разрушению  связей между атомами в молекулах и кластерах. На это, как мы уже показали, энергии тратится меньше, чем на термическое разрушение этих связей.

2274. Есть ли информация о том, что другим исследователям удалось воспроизвести эксперименты по низкоамперному электролизу?  Такие эксперименты воспроизведены за рубежом около 5-х лет назад и получены положительные результаты. Информация об этом по адресу:  http://peswiki.com/index.php/Directory:Kanarev_Electrolysis

2275. В чём сущность работы топливных элементов? Главная суть  работы топливного элемента заключается в разделении молекул водорода на его  атомы, а атомы  на электроны и протоны, и  в отправке электронов к  аноду для  последующего их движения к катоду и совершения  на этом пути полезной роботы. Протоны направляется через  мембрану к аноду для встречи с электронами, совершившими работу, и  повторного образования  атомов водорода, которые,  соединяясь с атомами кислорода, образуют воду.

2276.  Какой  КПД имеют топливные элементы, использующие водород для получения электричества?  Если при расчёте этого КПД учитывать затраты энергии на получение водорода из воды и брать расход электроэнергии на этот процесс наиболее эффективных электролизёров, например, 4кВтч на кубический метр водорода, то он может достигать 80% и больше.

2277. А если учитывать количество атомов водорода, которые удаётся разделить на протоны и электроны и использовать электроны для получения электрической энергии, то чему равен в этом случае КПД топливного элемента? При таком расчёте оказывается, что топливные элементы разделяют на протоны и электроны менее 1% атомов водорода, подаваемого в топливный элемент.

2278. Существует ли возможность получать электричество не из чистого водорода, а из водорода, входящего в состав молекул воды? Да такая возможность существует,  и мы  опубликовали её в книге «Вода – новый источник энергии» 2001г.

2279. Сколько же электричества можно получить из одного литра воды, отделив по одному электрону от каждой молекулы воды? Эта величина легко рассчитывается. Она равна 1489,1 Ач.

2280. Много это или мало?  Если учесть, что средний аккумулятор легкового автомобиля содержит 60Ач, то это не мало.

2281.  Удалось ли доказать экспериментально, возможность реализации  процесса получения  электричества из воды?  Мы получили несколько патентов на электролизёры, которые работают в режиме периодической подачи электрической энергии. Они имеют на своих клеммах электрические потенциалы до заправки их электролитами. А после зарядки могут  работать  и разделять воду на водород и кислород в течение нескольких часов без внешнего источника питания. Потенциал для этого процесса формируется на пластинах электролизёра химическим путём.  Из этого следовало, что нужно найти материалы пластин электролизёра, усиливающие этот процесс. Но отсутствие финансирования не позволило нам решить эту задачу.

2282.  Кому удалось решить задачу получения достаточно большого количества электричества из воды для использования его в практических целях? Это удалось сделать японцам. У них уже есть электромобиль, работающий на воде (рис. 305). Электролизёр, вырабатывающий электричество из воды, показан на  рис. 305.

Рис. 305. Японский водоэлектроавтомобиль

 

2283. Знали ли японцы о начальных результатах теоретических и экспериментальных исследований получения электричества из воды в России? Знали. В 2002 году наша книга «Вода – новый источник энергии» была переведена на английский язык и они  немедленно заказали её. В 2005 году они заказали 7-е издание книги «Начала физхимии микромира», переведённой  на английский язык. В этой книге уже достаточно информации для реализации процесса получения электричества из воды. Кроме этого, они запрашивали у нас копии патентов на наши низкоамперные электролизёры, способные работать без внешнего источника питания.

          Они, начиная с 2000 года, закупали у нас все  результаты опубликованных теоретических и экспериментальных исследований. Это позволило им самостоятельно начать их коммерциализацию. Главное – они реализовали нашу гипотезу о  получении электричества из воды с помощью электролизёра (рис. 305) и начали уже выпуск электромобилей, работающих на воде (рис. 305).

2284. Близки ли японцы к окончательной цели – получению электричества из воды, достаточного для движения легкового автомобиля средних размеров?           Конечно, они ещё далеки от того, чтобы получать из каждого литра воды теоретически возможную величину 1489,1 Ач. Для сравнения,  ёмкость  обычных автомобильных аккумуляторов - 60 Ач.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

            Мы представили достаточно глубокий анализ  процесса электролиза воды, из которого следует обилие новых знаний для молодёжи. Мы начали публиковать элементы этих  знаний более 40 лет назад. К текущему моменту обновлено  более 70% устаревших знаний по главным фундаментальным наукам: физике и химии. История уже зафиксировала: ни одна буква из наших новых знаний ещё не дошла официально до школьников и студентов.

            Нашим потомкам трудно будет понять, почему Власть так долго не останавливала процесс одурачивания молодёжи.

 

Источники информации

 

1. Канарёв Ф.М. Монография микромира.

http://www.micro-world.su/index.php/2010-12-22-11-45-21/1252-2015-04-04-18-48-53

2. Канарёв Ф.М. Новая общая физика. Учебник для университетов.

http://www.micro-world.su/index.php/2013-09-12-04-46-36/1177-2014-10-29-17-44-18

3. Канарёв Ф.М. Новая теоретическая механика. Учебник.

http://www.micro-world.su/index.php/2013-09-12-04-46-36/1179-2014-11-16-04-57-14