Lem Andrew. Магнитостат

СЛОВО О НЕБЕСНЫХ КОРАБЛЯХ. Глава 3. Двигатели взаимодействующие с внешним магнитным полем.

СКАЧАТЬ КНИГУ

3.4. Магнитостат.

"Магнитостат - аппарат способный

перемещаться в магнитном поле

за счет диамагнитной выталкивающей

силы, действующей на все

диамагнетики в магнитных полях"

Вступление.

Идея использования в качестве опоры для левитации магнитного поля Земли, уже очень стара. Подобное устройство описывал в своих произведениях еще Джонатан Свифт.

Но все предложенные конструкции магнитолетов, которые по задумки изобретателей должны были левитировать в магнитном поле Земли за счет силы Лоуренса [1] очень далеки до воплощения в металле и имеют целый ряд неразрешенных технических трудностей.

Не буду утруждать читателя подробностями, а сразу же оговорю, что данная конструкция магнитостата, о которой пойдет речь во второй половине статьи, еще никем и нигде и никогда не предлагалась. Хотя ее модель в отличие от магнитолетов различных конструкций может собрать и испытать каждый.

Диамагнитная левитация.

Магнитостат это аппарат способный левитировать в магнитосфере Земли за счет "Диамагнитной левитации" [2] или же аналога силы Архимеда в магнитном поле [4].

Принцип действия Магнитостата заключается в следующем: Магнитное поле это изначально довольно жесткая конструкция. Диамагнетик же генерирует навстречу исходному полю свое слабое магнитное поле [3] [5].

Частично силовые линии внешнего магнитного поля частично стремятся обогнуть диамагнетик

Но наиболее это ярко выражено у сверхпроводников. Исходное магнитное поле старается сомкнуться и вытолкнуть из себя эту магнитную аномалию. А так как F1>F2 (см. рис.3) то мы локально получим аналог Силi Архимеда (Fa), для магнитного поля.

0x01 graphic

И диамагнетики и сверхпроводники вытесняются из магнитного поля с большей интенсивностью в магнитное поле с меньшей интенсивностью.

Естественно, что интенсивность магнитного поля в магнитосфере вблизи поверхности Земли и выше отличается. Поэтому и в магнитном поле Земли также на все диамагнетики и сверхпроводники действует выталкивающая силы, и если бы магнитное поле Земли было бы достаточно сильным, то и в нем бы наблюдалась "Диамагнитная Левитация"[2].

Главный вопрос состоит в том, что способна ли сила магнитной левитации обеспечит достаточную подъемную силу для полета летательного аппарата?

Математический анализ:

Предположим, что поле внутри диамагнитного шара ноль. Шар сделан из сверхтонкой пленци свинца и охлажден до 4К. При перемещении шара, а точнее сферы из области с высокой напряженностью поля в область с низкой мы имеем разность энергетических состояний. В данном случае совершается работа. Которая равна произведению силы на путь, который в данном случае есть подьем по высоте. Таким образом, можно найти силу как дифференциал магнитной энергии по высоте.
Обьемная энергия магнитного поля (в системе СИ на метьр кубический) вычисляется как
квадрат магнитной индукции деленный на 2 и на магнитную постоянную
(или как квадрат напряженности помноженный на магнитную постоянную и деленный на два, как кому больше нравится)
дифференцируем это выражение по dh, где h это координата высоты.
Получаем силу F (действующей в вертикальном направлении) как равной:
произведению магнитной индукции на ее градиент по высоте, деленные на магнитную постоянную.
На уровне максимальная индукция магнитного поля Земли 5*10Е-5 Тл,
максимальный градиент магнитного поля Земли -2*10Е-11 (!!!) Тл/метр
Получаем -10Е-9 ньютона, или примерно 0,1 микрограмма подьемной силы на метр кубический.
КУБИЧЕСКИЙ КИЛОМЕТР такого шара поднимет 100 грам, то есть стакан водки.
Отсюда, строя некие соленоиды на Земле можно в целом увеличить это значение примерно на три порядка. Что очень-очень мало.

Комментарии

Как мы видим из математического анализа диамагнитная левитация в магнитном поле Земли, с использованием идеального диамагнетики которым является сверхпроводник, вполне возможна, если конечно сверхпроводящий шар диаметром в 1 км, будет весить меньше 100 грамм. Также есть возможность в какой то мере увеличить подъемную силу данного аппарата, за счет изменения конструкции.

Но все равно в чистом виде, левитация в магнитном поле Земли, без наличия статического электрического заряда, который взаимодействует также и с электрическим полем Земли, врядли возможно. Но электрического поле нестабильно по высоте и сильно ослабевает на высоте 8-10 км [8]. Увы неподвижное магнитное поле не взаимодействует с неподвижными зарядами. Что-то одно должно двигаться.

Сфера применения.

Подъемная сила диамагнитного летательного аппарата из сверхпроводника (идеального диамагнетика) прямо пропорциональна площади оболочки летательного аппарата и обратно пропорциональна массе летательного аппарата:

F=k*(S/M)

F-подъемная сила

k-коэффициент пропорциональности

S-площадь оболочки летательного аппарата

M-масса летательного аппарата

Из этого соотношения видно, что толкающая сила F зависит от площади, оболочки летательного аппарата и массы летательного аппарата [6] При это чем больше площадь тем, больше подъемная силы. А вот масса которая естественно возрастает при увеличении площади оболочки уменьшает силу F.

Но в космосе, в невесомости увеличение массы, не столь критично по сравнению с условиями существующими на Земле. В невесомости площадь аппарата может быть огромной, мы готовы разворачивать многокилометровые "Солнечные паруса". Использование же сверхпроводника, позволит получить стабильную прогнозируемую толкающую силу, без привязки к "солнечному ветру", а учитывая площадь магнитостата то, сверхпроводящая оболочка может работать также как и "солнечный парус", а дополнительная толкающая сила (Fd), сделает этот аппарат более маневренным.

При чем сила (Fd) будет двигать аппарат по круговой орбите вокруг Солнца, а "Солнечный ветер" (Fs)будет сносить аппарат от Солнца.

В виду, того, что сила (Fd) направлена перпендикулярно силовым линиям, и будет направлять аппарат вокруг солнца, а "солнечный ветер", создает силу (Fs) от Солнца. При чем если площадь, аппарата, будет достаточно велика, то он сможет перемещаться не только в магнитном поле Солнца, к самым окраинам Солнечной системы, а и далее в уже магнитном поле нашей галактики [7], направившись к другим Звездам, как за счет диамагнитной силы (Fd) так и за счет силы (Fs). Вне солнечной системы сила Fs (сила давления солнечного ветра и света) будет минимальной и ею можно пренебречь.

Также надо понимать, что возможно "привязка" к магнитному полю. Вполне может заменить аппарату, гигантские солнечные паруса. В силу того, что "Поток солнечной плазмы 'выметает' из внутренней части солнечной системы планетные и галактические магнитные поля. Солнечный ветер будет "гнать" галактическое поле перед собой до тех пор, пока не будет достигнуто динамическое равновесие между давлением солнечного ветра и давлением галактической среды. Это происходит на расстоянии от 10 до 100 астрономических единиц"[10], типичные величины скоростей между 300 и 800 км/с [10], и это без учета того, что это магнитное поле имеет также тенденцию двигаться вокруг вращающегося Солнца, в вернее с ним. А магнитостат, в силу своей диамагнитности, как бы "вморожен" в это вращающееся, двигающееся и гонимое солнечным ветром, магнитное поле. В этом смысле это магнитное поле может стать для магнитостата аналогом "солнечного паруса".

Особенности конструкции.

Устройство летательного аппарата весьма просто.

Это будет шар, но разделенный на восемь или даже более сегментов при этом каждая полусфера будет поделена на четыре сегмента, в принципе так же как и в футбольном мяче.

Управление летательного аппарата осуществляется при помощи "включения" и "отключения" отдельных сегментов оболочки шара. Включение сегмента означает, что сверхпроводящий лист находится, соответственно, в сверхпроводящем состоянии. Отключение сегмента означает, что сверхпроводящий лист переходит из сверхпроводящего в нормальное состояние путем повышения температуры листа. Для этого просто достаточно убрать светозащитное покрытие или другим способом нагреть этот лист. Если же мы хотим восстановить сверхпроводящие свойства экрана, надо вновь охладить путем исключив на него попадание солнечных лучей, при этом сегмент охладится просто излучая в вакуум тепло в виде электромагнитных волн, теплового спектра.

При "отключении" сегмента при переводе их в обычное состояние появляется толкающая сила направленная в сторону выключенного сегмента, при этом магнитные силовые линии легко пронизывают "выключенный" сегмент шара. Естественно, что весь летательный аппарат движется в этом направлении.

Для перемещения такого магнитного летательного аппарата в космосе необходимо только наличие магнитного поля. Естественно, что в межзвездном пространстве, где излучение от звезд относительно не велико следует предусмотреть более традиционные способы нагрева то есть "выключение" сегментов.

Конструкция сегментов.

Каждый сегмент это сендвич : световой экран, сверхпроводник, тепловой экран. Вне шара и в полостях между экранами находится космический вакуум, в котором все тела интенсивно охлаждаются за счет теплового излучения с поверхности аппарата [5]. Вот конструкция сегмента в разрезе.

Охлаждение "включение" сегмента происходит за счет теплоотдачи излучением, которая пропорциональна площади поверхности и, по закону Стефана - Больцмана, четвертой степени ее температуры. Охлаждение в вакууме, в условиях космоса возможно: как путем испарения жидкости и тепловым излучением с поверхности аппарата. Испарители применяют редко, ведь для них надо брать с собой запас 'хладагента'. Гораздо чаще используют радиаторы, помогающие 'излучать' тепло в космос [9] . Нагрев или же "выключение" сегмента также происходит естественным способом, при попадании на сверхпроводник световой энергии. Для этого светоотражающий экран, должен стать хотя бы частично прозрачным для лучей солнца.

Эпилог.

В основе создания толкающей без реактивной силы с помощью которой вполне возможно летать в межпланетном и даже межзвездном пространстве практически без затрат энергии, лежит хорошо всем известный эффект выталкивания диамагнетиков из магнитного поля. Фактически сила выталкивающая диамагнетик из магнитного поля есть аналог всем известной сила Архимеда, но уже действующая в магнитном поле. А раз диамагнитная выталкивающая сила есть аналог Силы Архимеда, за счет которой левитируют в атмосфере все Стратостаты. То по аналогии я и назвал аппарат способный перемещаться в магнитном поле - "МАГНИТОСТАТОМ".

Предполагаю, что если неким образом "скрестить" магнитостат с конденсатором, решив проблему концентрации большого электрического заряда в относительно не большом объеме. То магнитостат сможет левитировать и в пределах электрического поля Земли.

Литература:

1. Моделист конструктор 1975-2. Февраль 1975 года.

И. Евстратов. Элекоптер-магнитолет?

http://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/%27%27Modelist-konstruktor%27%27/%27%27MK%27%27,1975,N02.%5Bdjv%5D.zip

2. Левитация (физика)Материал из Википедии -- свободной энциклопедии http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%28%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0%29#.D0.94.D0.B8.D0.B0.D0.BC.D0.B0.D0.B3.D0.BD.D0.B8.D1.82.D0.BD.D0.B0.D1.8F_.D0.BB.D0.B5.D0.B2.D0.B8.D1.82.D0.B0.D1.86.D0.B8.D1.8F

3. Диамагнетики. Материал из Википедии -- свободной энциклопедии http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%B0%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8#.D0.94.D0.B8.D0.B0.D0.BC.D0.B0.D0.B3.D0.BD.D0.B8.D1.82.D0.BD.D0.B0.D1.8F_.D0.BB.D0.B5.D0.B2.D0.B8.D1.82.D0.B0.D1.86.D0.B8.D1.8F

4. Закон Архимеда. Словари и Энциклопедии на Академики. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/154577

5.Диамагнетизм Материал из Википедии -- свободной энциклопедии http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%B0%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%BC

6.МАГНИТНАЯ ЛЕВИТАЦИЯ.

http://interjurnal.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=1%3A2010-05-15-13-22-49&catid=14%3A2010-05-15-06-28-28&Itemid=15?=ru

7. МЕЖГАЛАКТИЧЕСКОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Ю.Н. ГНЕДИН, доктор физико-математических наук ГАО РАН http://www.inauka.ru/astronomy/article99696/print.html

8. Электростат. http://zhurnal.lib.ru/l/lemeshko_a_w/aba.shtml

9. Игорь Афанасьев, Дмитрий Воронцов Анатомия спутника http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/6330/

10. http://works.tarefer.ru/89/100141/index.html

Комментарии: 13, последний от 29/12/2019. © Copyright Lem Andrew (biomarket@ukr.net) Размещен: 26/07/2010, изменен: 07/05/2020. 16k. Статистика. Статья: Изобретательство Летательные машины Иллюстрации/приложения: 12 шт. Скачать FB2		Оценка: *4.216** Ваша оценка:
Аннотация: Простейший двигатель, для перемещения а межпланетном и межзвездном пространстве. Автономный, с практически вечным ресурсом работы.

Lem Andrew : другие произведения.

Магнитостат