2019 november 22 - péntek

2.4.18.5.2. További töprengések

Írta: Bill Beaty

Az itt következő sorokban Bill további gondolatairól olvashatsz az energiaszívó antenákkal kapcsolatban.

Mechanikai antennák

Következzék egy intuitívabb meghatározása az energiaszívó hatásnak. Tegyük fel, hogy van egy rúd mágnesünk, amit egy tengelyre erősítettünk úgy, hogy a végeit pörgethetjük. Amikor elkezdjük forgatni egyik végétől a másikig, akkor nagy rezgő mágneses mezőt hozunk létre a környezetében. Ha egy tekercset helyezünk a forgó mágnes közelébe, akkor a tekercsben AC teljesítmény generálódik. Természetesen ezzel egy szinkron motort hoztunk létre. (Igen, valószínűleg kézzel kell tekernünk a mágnest, hogy fázisba álljon a tekercs keltette mágneses mezővel.) Ennél a szinkron motornál, ha a súrlódási ellenállás kicsi, akkor a mágnes magától hozzáigazodik a tekercs AC mágneses mezejéhez, így nincs energiaszívás a tekercsből. A mágnes szinkronba kerül a tekerccsel, ami által nulla energiát fog felhasználni. De a mágnes és a tekercs AC mezejének fázisa nagyon fontos.

Ha a forgó mágnesünknek megnöveljük a súrlódási ellenállását, akkor a mágnes fázisa késni fog a tekercs AC mezejéhez képest és a mágnes jelentős energiát kezd el szívni a tekercsből. A mágnes a körülötte lévő térből szívja el az energiát, míg a tekercs pótolja a térbe az onnét elszívott energiát. (Úgy tűnik, hogy ez a fáziscsúszás OKOZZA az energiaszívást.) A szinkron motorunk munkát végez.

Vegyünk észre pár részletet. Először is, az elektromágneses tekercs elraktározza az energiát a környezetében mágneses mezőként. Ezen kívül, a mágnes részlegesen kioltja ezt a mezőt. A mágnesre szimultán mozgatóerő hat. A mágnes gyorsul. A "Kioltott" energia nem tűnt el, hanem átalakult a forgó mágnes kinetikus energiájává. Végső soron a mágnes a tekercsből szív energiát, és ha a forgó mágnes nem lenne ott, akkor a tekercs nem veszítene az energiájából.

Mi történik akkor, ha a tekercset bizonyos távolságra eltoljuk a forgó mágnestől? A nyomaték kevesebb lesz, és a mágnes elveszíti a szinkronitását, hacsak nem csökkentjük le a súrlódási veszteséget, vagy nem veszünk egy ERŐSEBB MÁGNEST.

Tegyük fel, hogy a mágnest erősebbre cseréltük. Ekkor a mágnes ugyanannyi energiát vesz el a tekercstől, mint korábban, még ha a köztük lévő távolság meg is növekedett. Mi történik, ha egyre jobban megnövelem a mágnes és a tekercs közötti távolságot, miközben a mágnest NAGYON erőssé teszem? A szinkronmotorunk továbbra is nagyszerűen fog működni. (Megjegyzés: Ha feltételezzük, hogy a forgás megindulásakor a súrlódási ellenállás kicsi volt, akkor a mágnesnek nem kell OLYAN erősnek lennie.)
Ahelyett, hogy egy távoli tekercset használnánk, mi lenne, ha a mágnest egy távoli adó rádióhullámaival hajtanánk meg? A mágnes a korábbihoz hasonlóan forogna. Ugyanúgy megterheli a bejövő mezőt és a beszívott energiát a súrlódó terhelés fűtésére fordítaná. Ha lerajzolnánk az energia folyam vonalait (Poynting mező), akkor azt látnánk, hogy a rádióhullámok egy nagy területről a forgó mágnes felé fókuszálnának. A mágnes még mindig fázisban lenne a "meghajtó" mezővel, azaz attól 90 fokban térne el. A mágnest ekkor a rádióhullámok hajtanák, az elnyelt energia pedig a súrlódás legyőzésére fordítódna.

Figyeljük meg, hogy a mágnes SOKKAL kisebb lehet, mint a rádióhullámok hossza. A mágnes mezeje az, ami kölcsönhatásba kerül az energiával, nem a fizikai mágnes pólusai. Azt is figyeljük meg, hogy a fizikai mágnes közvetlenül nem lép kölcsönhatásba a bejövő hullámokkal, hanem a mágnes KÖZELI ZÓNÁJÁNAK mágneses mezeje teszi azt és ez az elhajlított mágneses mező fejt ki erőt a mágnesre. A mágnes statikus mezeje abszorbeálja a rádióhullámok energiáját, amit átad a mágnesnek mechanikai erőként. A közeli zóna mágneses mezeje antennaként viselkedik! Mivel a rádióhullámok energiája elnyelődött, ezért a forgó mágnes egy hatalmas "EM árnyékot" vet és egy nagy lyukat üt a bejövő hullámok vonalában. A mágnes kicsi lehet, ettől még a mágneses mezeje nagy távolságokra tágulhat. Ez olyan, mintha a forgó mágnes egy nagy, fekete "elnyelő felhővel" venné körül magát, ami blokkolja a bejövő EM hullámokat. Nyilvánvalóan a mágnes csak a hullámhossz 1/4-ére tud kitágulni maga körül. E szinkronmotorunk ezáltal "energiaszívó" antennaként viselkedik.

Hogy teljes legyen a kép, helyettesítsük a forgó rúd mágnest egy kis tekerccsel vagy kondenzátorral és kössünk vele sorba egy ellenállást, ami a súrlódási ellenállást helyettesíti. A rádióadó nagyon messze lehet a tekercstől, de ha a rezgőkör váltakozó árama fel tud épülni és nagyon erős mágneses mezőt tud létrehozni, akkor a "motor" továbbra is rengeteg energiát tud kivenni az őt körülvevő meghajtó mezőből. Ez olyan, mint egy szinkron motor mozgó alkatrészek nélkül, vagy mint egy kis vitorlás, amelyik hatalmas vitorlát tud bontani, hogy elkapja a szelet.

Állandó mágnes, mint szupravezető antenna

Ahhoz, hogy a kis antenna az EM hullámokat hatalmas területről összegyűjtse, az antenna jósági tényezője nagyon magas kell legyen. Más szavakkal, az antenna vezetékének ellenállása rendkívül kicsi kell legyen. A hagyományos fémek természetes ellenállása szigorúan meghatározza, milyen nagynak kell lennie az antenna "virtuális méretének". Szupravezetőre van szükségünk, ha tényleg hatalmas mennyiségű energiát akarunk kinyerni az EM hullámokból. Vagy mégsem?

A szupravezető tekercs állandó mágnesre emlékeztet. A nagy különbség az, hogy a szupravezető tekercsben folyó áram elérhető a külső áramkör számára, míg a mágnes elektron spinje által keltett áram nem. Viszont van egy trükk, amit alkalmazhatunk. Ha mi forgatjuk, vagy rángatjuk az állandó mágnest, akkor az a váltakozó áram számára szupravezető tekercsként viselkedik. Létrehoz egy intenzív AC mágneses mezőt, és ha ennek a mezőnek a fázisa helyes, akkor energiát tud szívni a bejövő EM hullámokból. Egy erős állandó mágnes, ha azt forgatjuk vagy rázogatjuk, nagy hurokantennaként viselkedik. A vett energia megcsapolásához egyszerűen csak egy tekercset kell helyeznünk a mozgó mágnes közelébe.

Nyilvánvalóan ez csak akkor működik, mikor a vett jel frekvenciája nagyon alacsony. Egy nagy forgó neódium mágnes "elkaphatja" a 60 Hz-es sugárzást, de már alkalmatlan a 10 kHz-es sugárzások felfogására. Ennek ellenére bizonyos helyeken a forgó mágnes miniatűr antennaként szolgálhat.

Ha építünk egy mikrorobotot, mivel táplálnánk? Különböző elektrokémiai akkumulátorokkal? Esetleg használhatnánk napelemeket, viszont ehhez nagy felület kell, vagy energiát sugározhatnánk a robotban lévő induktív tekercsnek, ezt viszont nehéz volna megtekercselni.

A rezonáló tekercs jó lenne, de itt a Q tényezőnek magasnak kell lennie. Mi lenne, ha jó pár apró mágnest helyeznénk kis rugókra, így a mágnesek mechanikusan rezegnének? A rezonanciafrekvencián a mágnesek igen nagy "virtuális vevő tekercsekként" viselkednének. Tekerjünk egy egymenetes tekercset a mágnesek tömbje köré, s ekkor egy igen nagy feszültségű AC teljesítményt kapunk a robotunk fedélzetén.

A hagyományos antennában egy elektron hogyan tudja elnyelni az EM hullámok energiáját?

Minden egyes elektron az antennában túl kicsi ahhoz, hogy kölcsönhatásba kerüljön az EM mezővel! De az elektronok "mezeje" lép kölcsönhatásba, így az adott részecske fizikai átmérője már lényegtelenné válik. Az elektron végtelenül kicsi lehet akkor, ha a mezeje nagy területet foglal el. A bejövő EM hullámok az elektronok helyett azok mezejével "ütköznek össze". Ha az elektron mezeje megváltozik, az az elektront is magával húzza.

Az antenna vezetéke szabad elektronokat tartalmaz, de normál esetben ezen elektronok mezejét kioltja a protonok mezeje. Ahhoz, hogy az elektron és proton az EM hullámokkal kölcsönhatásba kerüljön, a mezejüket ki kell terjesszék. Ehhez egymáshoz képest elmozdulnak és/vagy elkülönülnek egymástól. Más szavakkal, ahhoz, hogy az antennánk sok EM energiával lépjen kölcsönhatásba, annak magának is erős mezővel kell rendelkeznie.

De ez azt jelenti, hogy még a hagyományos antennáknál is az antenna nem csak egy passzív elnyelő, hanem aktív mezőt generáló eszköz. A közeli régió mezeje az antenna, nem pedig az elektronok és protonok. A közeli régió mezeje az antenna, nem pedig az antenna fém része. De ha az antennában rezgő elektronok a közeli zóna régióját generálják, és ha annak EM mintázata "elnyelő felületként" viselkedik, mely az elektronokra erőhatást fejt ki, akkor a közeli régió mezeje szívja az energiát a környező térből, amit aztán az antenna vezetékébe szállít. Bár a hagyományos negyed-hullámú dipólus antenna elektromosan hosszú, mégis szüksége van az energiaszívó hatásra ahhoz, hogy megjelenjen a nagy "elnyelő felület", ami aztán összegyűjti a bejövő EM hullámokat.

Az 1900-as évek kutatói nagyon tévedtek, mikor nagy rézlapokat használtak antennaként. Ezzel nagy elnyelő felületet akartak létrehozni. Végül is úgy találták, hogy a vékony vezeték ugyanolyan jól funkcionál. Bár a vékony vezetékeknek nincs nagy felületük, mégis elnyelik az EM energiát. Ennek egyszerű a magyarázata: a vezeték "mezeje" viselkedik nagy felületű elnyelőként. Amikor ezt teljesen megértjük, akkor az "energiaszívó antenna" elve teljesen érthetővé válik.

Az angol nyelvű forrást itt találod.

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás