Электростатический двигатель своими руками

Электростатический двигатель своими руками


ИССЛЕДУЕМ ВАРИАНТЫ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ

Клуб "Крылатское", школа "Интеллектуал":
Василий Кузнецов
Василий Квитко

Руководитель — Александр Владимирович Ефимов

Вода камень точит — гласит народная мудрость. Вот и наши целенаправленные усилия в области создания электростатических двигателей увенчались успехом — заработал так называемый двигатель Литовченко.

В настоящее время известно несколько типов электростатических двигателей. Мы экспериментировали со следующими устройствами:
— электростатическим маятником;
— набором конденсаторов с переключением полярности на обкладках при вращении;
— "игольчатым" двигателем на парных токах — почти как у Литовченко;
— диэлектрическим диском без проводящей подложки с "иголками";
— диском с проводящей подложкой;
— собственно с двигателем Литовченко.

В журнале "Двигатель" № 3 — 2008 мы писали о наших опытах с некоторыми из указанных двигателей. В данной статье мы расскажем о результатах экспериментов с двумя последними вариантами двигателя.

Начнем с электростатического двигателя "с проводящей подложкой". Принципиальное отличие этого двигателя от других заключается в том, что во вращательное движение приводится конденсатор с кольцевыми обкладками. В основу был положен известный патент, в котором предлагалось к диску из диэлектрического материала направить по касательной два заостренных контакта. К контактам следовало подвести высокое напряжение противоположной полярности. Вращательный момент должен возникать вследствие действия двух факторов:

— стекания ионов с острия и передачи их импульса диску;
— притягивания заряженного диска к наклоненному контакту с потенциалом противоположного знака.

Мы экспериментировали с двигателем такого типа и убедились в его работоспособности. В нашей классификации он получил название "диэлектрический диск без проводящей подложки "с иголками". В дальнейшем попробовали сделать двигатель с минимальным потоком ионов, т.е. постарались убрать все острые контакты, расположить ось контакта перпендикулярно диску, а заостренный конец провода, ориентированный к диску, заменить "пятачком". Диск вращаться переставал или вращался очень медленно.

После этого смастерили самодельный кольцеобразный "конденсатор наоборот", представляющий собой два диэлектрических диска с прокладкой из фольги между ними. Подобный "пирог" на хорошем подшипнике при минимальном потоке ионов и нормальном к диску положении контактов легко приводился во вращение. Более уравновешенный диск CD или DVD вращался с угловой частотой около 4,5 об/с. При увеличении мощности источника питания частота вращения доходила до 100 об/с.

По нашему мнению, принцип работы двигателя заключается в следующем. Заряд стекает с отрицательного контакта статора и как бы заряжает кусочек конденсатора. По мере движения по окружности заряженный участок приближается к противоположному контакту. На этот участок диска начинают действовать электростатические силы притягивания. Далее заряд, приблизившись к контакту противоположного знака, перетекает на него. При этом со стороны положительного контакта к диску (по направлению против вращения) наблюдается развитый коронный разряд, т.е. поток положительных ионов. Коронный разряд в той или иной степени возникает при расположении контакта как перпендикулярно, так и наклонно к плоскости диска. Если контакт заизолирован вплоть до "пятачка", то разряд имеет меньшую протяженность, но он все равно существует. Свечение и коронный разряд на стороне отрицательного контакта также наблюдаются, однако гораздо менее интенсивные. То, что на участке диска, движущегося от одного контакта к другому, формируется электрический заряд, сомнений не вызывает. Опыты с таким двигателем подтвердили его работоспособность в разреженной атмосфере вплоть до давления, равного одной десятой части атмосферного давления.

Диск двигателя начинал раскрутку самостоятельно, то есть вращательный момент возникал и "на стопе". Перед запуском контакты самопроизвольно, под действием электростатических сил, начинали колебаться. При этом несколько увеличивалась площадь заряжаемого участка диэлектрика. Установлено, что заряд на "обкладке конденсатора" стремится расположиться на внешней поверхности кольца. Первичный момент силы, приводивший диск во вращение, возникал из-за свойства диэлектрика втягиваться в зазор между обкладками конденсатора. В дальнейшем движение происходило под действием электростатических сил. Влияние количества контактов на скорость вращения нами пока не исследовалось.

Заметим, что все наши удачные конструкции немного отличались от "классического" двигателя Литовченко, у которого контактные проводники должны располагаться параллельно оси ротора. Попытки заставить вращаться ротор относительно статора с 36 равномерно распределенными по окружности контактными проводниками неизменно приводили к "прилипанию" диска ротора к одной из сторон статора из-за поляризации. Именно явление поляризации приводило к торможению диска, так как на его стороне, обращенной к контакту, появлялся заряд противоположного знака.

И тут нам помог случай. Во время проведения серии экспериментов с различными материалами все наши попытки заставить вращаться диски без подложки заканчивались безрезультатно. Тогда наш главный экспериментатор Вася Кузнецов поставил на диск катушку скотча и со словами "а вот так вот" расположил контакты параллельно оси вращения на некотором удалении от наружной поверхности катушки. И случилось чудо — конструкция пришла в движение, причем самостоятельно, без первоначального толчка. Ток был минимален. В темноте свечение было очень слабым, почти незаметным. Дальнейшие опыты показали, что свечение наблюдается только со стороны положительного контакта. Для обеспечения работоспособности конструкции необходимо наличие эмиссии ионов. Этого можно добиться двумя способами: увеличивая напряжение источника или уменьшая диаметр проволоки, заостряя контакты. Следует отметить, что данная конфигурация вполне соответствовала электростатическому двигателю Литовченко с двумя контактами.

Напомним, что конструктивно электростатический двигатель Литовченко состоит из кольцевого статора из диэлектрика с проводящими контактами, расположенными параллельно оси, и диэлектрического диска ротора. Статор "классического" двигателя Литовченко снабжается 36 проволочными контактами, подключаемыми к источнику высокого напряжения напряжением 25…30 киловольт. Ротор представляет собой диск из диэлектрика или звездообразный диск, выполненный из проводящего материала. Увы, изготовленный нами ротор указанной конфигурации категорически не хотел вращаться. В движение удавалось приводить ротор только при радиально расположенных контактах (см. "Двигатель" № 2 — 2008).

Читайте также:  Корончатые сверла для магнитного сверлильного станка

И вот, наконец, удача. В чем же причина отсутствия вращения в предыдущих вариантах двигателя? Ротор "прилипал" к одной из сторон статора. Данное явление можно объяснить тем, что электроны были не способны покинуть поверхность контактов статора и перетечь на ротор, а под действием поляризации на поверхности ротора образовывался заряд противоположного знака. Естественно, разноименно заряженные поверхности притягивались. Увеличение напряжения приводило только к тому, что возникал пробой между соседними контактами.

Для подтверждения нашей гипотезы был сделан статор с двумя парами контактов, расставленными под углом 90°. Контакты мы изготовили из сталистой омедненной проволоки. Напряжение подводилось одноименное на диаметрально расположенные контакты. Для большей наглядности мы использовали высоковольтный источник повышенной мощности и ротор с проводящей подложкой (кольцевой конденсатор с вертикальным расположением подложки). Если ротор был тщательно отбалансирован, то он приводился во вращение самостоятельно. Первоначально движение было медленным, но со временем ротор начинал вращаться быстрее, и, в конце концов, частота вращения превысила 100 об/c. По мере увеличения частоты вращения на контактах появлялось свечение, наиболее яркое и протяженное на положительном контакте. Фактически, как и в предыдущем двигателе, наблюдался мощный коронный разряд, направленный против вращения, в сторону, противоположную заряженной поверхности.

Для обеспечения работоспособности при меньшем напряжении, с другим, менее мощным источником, вдоль контакта натягивалась тонкая медная проволока. В этом случае ротор также приходил в движение. Вопрос о правильном выборе материала контактов с минимальной работой выхода остается пока открытым. Использованная нами сталистая омедненная проволока дала хорошие результаты при радиальном расположении контактов, но оказалась чрезмерно жесткой и слишком толстой при ориентации контактов параллельно оси. Остается также открытым и вопрос об оптимальном числе разнополярных контактов. Падение напряжения из-за паразитных токов при увеличении числа контактов существенно, но с утечками можно бороться. Теоретически увеличение числа контактов должно приводить к увеличению момента на роторе.

Для проверки работоспособности двигателя в условиях пониженного давления мы провели ряд опытов при давлении, составляющем 5 % атмосферного. Оказалось, что ротор двигателя приходит во вращение и в этом случае .

В данной статье изложены перспективы использования статического электричества напрямую, без попыток преобразования его в «горячее электричество». Мы считаем данное направление весьма перспективным направлением альтернативной энергетики. Начнем с небольшого и обзора и быстро перейдем к сути.

Природа Электричества

На протяжение долгого времени человеку была известна только одна сила, способствующая притяжению предметов и действительно, с этой силой мог познакомится каждый, достаточно поднять предмет, а затем отпустить и предмет неминуемо упадёт на землю. Эта сила получила название гравитация. Далее выяснили, что сила, с которой тела притягиваются зависит от массы взаимодействующих тел. Именно от массы, а не от веса тела или от его размеров, два одинаковых по размеру предмета могут иметь разную массу — например, деревянный и стальной шары, имеют одинаковый геометрический размер, но их вес будет разным. Вес – следствие взаимодействия массы Земли и массы шара. Масса – это количество вещества в объёме. Но вот около двух с половиной тысяч лет назад (по данным официальной истории), греческий философ и исследователь природы Фалес Милетский заметил, что появилась новая сила, способная действовать противоположно силе гравитации, и даже преодолевать её.
Было обнаружено, что сухой янтарь, завёрнутый в шерстяную ткань приобретал свойства притягивать лёгкие предметы, мелкие кусочки ткани или ворс. Далее выяснилось, что янтарь не только должен быть завёрнут в шерсть, но и некоторое время перемещаться по её поверхности, например, в кармане шерстяной одежды при ходьбе, но ещё лучшим был результат, когда янтарь специально тёрли о шерсть. На вопрос о том, почему такое происходит только с янтарём и шерстью, а с другими предметами нет, первые исследователи не могли дать ответ, но дали “имя” этому явлению. Греческое слово “электрон”, означало “янтарь”, поэтому и эту новую силу назвали “ЭЛЕКТРИЧЕСТВО”.
С появлением новых видов материалов электрические свойства стали проявляться и у них, например, многие виды пластиков и пластмасс подобно янтарю притягивают лёгкие предметы, но обязательным условием для проявления этих эффектов осталось трения материала о ткань или другую материю. Многие знакомы с эффектом притягивания пластмассовой расчёской клочков бумаги, пыли или мелких предметов, после того, как провести такой расчёской по сухому волосу. Так же эффектом притяжения предметов обладает и стекло после натирания его поверхности шёлковой тканью.

В ходе последующих опытов выяснилось, что хоть разные материалы притягивают мелкие предметы, но при этом действуют на разном принципе, а именно проявляют свойства избытка или недостатка электрического заряда на своей поверхности. И тут следует пояснить что такое этот самый “заряд”.

«Заряд»

Введение понятия “электрический заряд” потребовалось в связи с тем, что в ходе экспериментов были выявлены отличия в электрических свойствах у разных материалов. Разберём школьный опыт, в котором участвуют два разных материала – пластмассовая (эбонит) и стеклянная палочки, при этом пластмассовую палочку будем натирать с помощью шерсти (аналог янтаря), а стеклянную шёлком.

Произведём трение материалов о соответствующие ткани как показано на рисунке.
Далее для проведения опыта понадобятся два штатива с подвешенными на них лёгкими цилиндрами (рисунок 6)

Читайте также:  Как закрепить наружный угол плинтуса

И так, разберём два принципиально разных случая на рисунке шесть, в ходе проведения опыта будем касаться наэлектризованными палочками цилиндры на подвесах. До проведения опыта в нормальных условиях цилиндры висят перпендикулярно к поверхности Земли и нити параллельны друг другу.
Случай “а” (наэлектризованные цилиндры отталкиваются), будет тогда, когда цилиндры заряжаются от одинакового материала т.е. либо оба цилиндра от стеклянной палочки, либо оба цилиндра от эбонитовой палочки.
А вот в случае “б”, один из цилиндров заряжен от стеклянной палочки, а другой от эбонитовой (цилиндры или палочки в ходе опытов можно менять местами).
Из данного не сложного опыта можно сделать очень важный выводы:
1) случай “а” – заряд предметов от одного материала приводит к отталкиванию и это явление получило название — “одноимённый заряд”.
2) случай “б” – заряд предметов от разных материалов приводит к их притяжению и это явление получило название — ”разноимённый заряд”. (тут следует сразу оговорить случай, когда разные материалы могут проявлять одинаковые электрические свойства, тогда наэлектризованный цилиндры будут также отталкиваться).
3) если бы электричество было только одного сорта, то взаимодействие зарядов всегда было бы одинаково: наэлектризованные предметы либо только притягивались друг к другу, либо только отталкивались.

Итак, есть два одинаково проявляющих себя явления (притягивают лёгкие предметы), но по-разному взаимодействующих друг с другом, из этого следует наличие двух различных способов электризации, которые условно разделили на два “сорта” – положительное и отрицательное. При этом условились, что стеклянная палочка проявляет свойство положительного заряда (стали обозначать знаком “+”), а эбонитовая палочка проявляет свойство отрицательного заряда (стали обозначать знаком “-”).
Далее с появлением новых инструментов, человек выяснил наличие у веществ окружающего его мира, мельчайших компонентов — “кирпичиков” из которых они собраны, сначала молекул, а затем и атомов веществ. Сложилось научное понимание о строение атома и в ходе его разрушения были обнаружены частицы материи, которые и были ответственны за электрический заряд, они получили имя – “электрон”.
Электроны – это частицы с отрицательным зарядом, которые согласно планетарной модели атома располагаются вокруг ядра атома. Ядро атома в свою очередь состоит из протонов и нейтронов. Протон же имеет положительный заряд, и он почти в две тысячи раз тяжелее электрона по массе, но не смотря на разность масс, электрический заряд протона равен по силе электрическому заряду электрона. Нейтрон же по современным представлениям физиков электрическим зарядом не обладает. Можно весьма условно, для облегчения понимания процесса, представить атом в виде солнечной системы, где солнце – ядро атома, а планеты на орбитах – это электроны, вращающиеся вокруг ядра. На самом деле это сложные структуры, сформированные из полей, не имеющие чётких границ.

Положительный и отрицательный заряды

Итак, условно выделяем две интересующие нас частицы ответственный за электрический заряд – протон и электрон. Так вот, если в ходе каких-либо физических процессов (в нашем опыте натирание палочек о поверхности тканей), некоторые атомы с поверхности материала потеряли электроны, то в целом у них начинает преобладать электрический заряд их протонов, он положителен, то и такой материал приобретает положительный заряд (стеклянная палочка). В противоположном случае, если атом приобрёл дополнительный электрон, то у него проявляется заряд электрона и материал в целом приобретает отрицательный заряд (эбонитовая палочка). Притяжение же предметов, связанно с фундаментальным законом природы – равновесием, поэтому притягивая предметы, наэлектризованный материал стремится либо отдать лишний электрон, либо наоборот его притянуть. В любом из этих случаев, обмен электронами можно осуществить при наименьшем расстоянии, поэтому предметы и притягиваются к наэлектризованным материалам.
И тут следует сделать один важный акцент на то, что основным движущимся носителем заряда является электрон. Именно ДВИЖУЩИМСЯ. Протон же не может двигаться, так как находится в составе атома, который “вплетён” в состав молекулы твёрдого вещества, и сдвинуть его возможно только нарушив целостность материала. В жидкостях и газах протоны могут иметь некоторую подвижность, но тоже ограниченную скоростью перемещения молекул этих веществ, а значит на базе протонов в твёрдых средах не очень удобно организовывать последовательную цепь из зарядов для передачи энергии, а следовательно и полезной работы в твёрдых составах они не могут совершить, а вот электрон в силу своей подвижности, как раз и подходит нам для совершения работы, к тому же при своём организованном перемещение, электроны способны создавать во внешней среде (внешняя среда полевая структура) завихрение поля, которое мы регистрируем как магнитное поле. И наука сейчас хорошо знакома с таким применением электронов для совершения преобразования электрической энергии в механическую, по средствам взаимодействия притягивающихся либо отталкивающихся магнитных полей. Такие устройства получили название электромагнитные двигатели и широко распространены. Но не следует забывать, что магнитное поле – это следствие перемещения электронов, вторичное проявление электричества, а значит в данных электромеханических машинах используется не сама сила взаимодействия зарядов, а лишь поле, связанное с вынужденным перемещением зарядов по длинному проводнику.

Электростатический двигатель. Перспективы создания.

Данное понимание физических первопричин взаимодействия материи с избытком электронов и материи с недостатком электронов влечёт за собой возможность создания принципиально новых электромеханических устройств, в которых не будет образования замкнутых цепей с гальванической связью, приводящих в современных электромагнитных механизмах к разогреву проводников их соленоидов, а значит будут устранены потери электроэнергии на нагрев, а так же отсутствие упорядоченного движения зарядов приведёт к отсутствию потерь электроэнергии на образование магнитного поля, а значит отсутствия негативных моментов известных из практики эксплуатации современных трансформаторов и электромагнитных двигателей. Значительно уменьшится вес самого механического устройства в виду отсутствия надобности материала для намотки катушки индуктивности и её сердечника. Такое устройство будет использовать электрическое поле зарядов, а сила их взаимодействия будет нарастать с количеством зарядов, вовлечённых в этот процесс, это новая область в электротехнике и материаловедении.

Читайте также:  Бутер с яйцом и колбасой


Сейчас мы можем наблюдать как наэлектризованная эбонитовая палочка притягивает клочки бумаги незначительного веса и создаётся обманчивое впечатление, что сила эта мала и не способна сдвинуть с места какие-либо значительные по массе предметы, но не стоит забывать, что трением эбонитовой палочки о шерсть мы нарушили электрический баланс ничтожного числа атомов с поверхности материала.

Между тем физики уже давно посчитали какой силой притяжения будут обладать стеклянная и эбонитовая палочка, приведу цитату из давно уже забытой книги Рудольфа Свореня «Электроника шаг за шагом, 1986г:

Если стеклянную и пластмассовую палочки расположить на расстоянии метра, то под действием гравитационных сил они будут притягиваться одна к другой, как любые две массы. Но сила этого притяжения будет в милллирды миллиардов раз меньше, чем сила самого чахлого комарика.

А вот если наэлектризовать эти палочки-карандаши, уменьшить на один процент число электронов в стекле и увеличить на тот же один процент число электронов в пластмассе — обратите внимание — всего на один процент — то палочки будут притягиваться с такой силой, что смогут сдвинуть железнодорожный состав размером из миллиарда миллиардов гружёных вагонов!

Так же нужно помнить о том, что сам атом обязан своей целостностью именно силам электрического взаимодействия электрона и протона и какая колоссальная энергия получается при разрушении этих связей – атомный взрыв.
В рамках данной статьи мы рассмотрели силу электрического взаимодействия, основанную исключительно на способности материала отдавать либо принимать электроны известную нам из курса классической физики.

Роль позитрона в создании ЭСД

Но окружающий мир гораздо сложнее и интереснее, и зачастую классическая физика забывает о ещё одном законе природы – дуализме. Дуализм проявляется во всём – мужское и женское начало, день – ночь, тепло – холод, свет – тьма и.т.д.. Поэтому в рамках закона дуализма, существует ещё одна подвижная частица, ответственная за электрический заряд. Имя этой частицы “позитрон”. Но не тот позитрон, который классическая наука классифицировала как антиматерию. В природе всё гармонично, и там, где передача энергии не возможна или ведёт к большим потерям по средствам электрона, природа использует позитрон. В силу того, что мы освоили и пользуемся для передачи энергии именно электрон, мы не можем увидеть присутствия позитрона, а он и не обнаруживает себя, так как его участия не требуется. Но стоит нам сделать устройство не по канонам классической электротехники, как тут же на роль передатчика энергии выступает позитрон. Устройство перестаёт нагреваться, наоборот температура его падает в процессе работы ниже температуры окружающей среды, электрический ток начинает обладать новыми свойствами, и уже становится не опасен для человека даже при значительных потенциалах. Такой ток может свободно проходить по оголённым проводам в условиях погружения их в воду, не вызывая замыкания через водную среду. Движения позитронов не вызывает появления магнитного поля вокруг проводника, да и выбирает позитрон для своего движения проводник с бОльшим омическим сопротивлением.
Свободные электрон и позитрон стремятся организовать электрически нейтральный диполь, при этом притяжение их значительно сильнее, чем притяжение между рассмотренными выше в статье атомами материалов с избытком и недостатком электронов. При этом эти электрически нейтральные диполи легко разъединяются обратно на электрон и позитрон с минимальными затратами энергии, ярким примером служит процесс в спиральном волновом резонаторе, который изобрёл Никола Тесла (не путать с LC резонаторами, которые сейчас массово делают тесла строители для получения эффектных разрядов с трансформатора тесла). Введение в конструкцию двигателя, основанного на взаимодействии зарядов второго носителя электрического заряда – позитрона, позволит значительно повысить его мощность.

Автор статьи Сергей STALKER.

Один из вариантов прототипа ЭСД

Обычные двигатели приводятся в движение электромагнитными силами. 3D печатный электростатический двигатель (см. видео ниже), созданный lasersaber, работает без батареек и не нуждается в источнике электропитания. По сравнению с обыкновенными двигателями, электростатические чрезвычайно легкие по весу и используют недорогие материалы.

Электростатический двигатель может быть приведен в действие электричеством, которое возникает при электризации нейлоновой одежды. Это малоизвестный факт: существует крошечный заряд, протекающий между небом и поверхностью земли. Этот двигатель может работать с помощью электричества, взятого из атмосферы и собранного антенной. Высокая антенна изолирована от земли и используется для перехвата вертикального тока, чтобы развивать высокое напряжение для управления двигателем.

В отличие от многих электростатических двигателей, этот 3D печатный электростатический двигатель на самом деле имеет высокий крутящий момент. Двигатель был 3D напечатан, за исключением карданного вала, подшипников и алюминиевых трубок. Посмотрите на этот удивительный проект и на результаты сочетания 3D печати с механическими исследованиями lasersaber:

Если вы хотите создать такой же двигатель, все необходимые детали и .stl 3D файлы в формате .zip можно найти на сайте lasersaber.

Ссылка на основную публикацию
Электрокамин с эффектом дыма
Электрокамины с дымом Увеличить Не так давно на мировом рынке климатической техники Ирландская компания Dimplex совершила настоящий переворот, выпустив электрокамины...
Эконом режим в газовом котле
Несмотря на то, что газ считается самым экономичным видом топлива, стоимость отопления периодически растет. Для того чтобы немного снизить свои...
Экономичные кормушки для коз
Выращивание коз становится распространенным занятием: молоко этих животных полезно, а содержание менее затратное, чем разведение коров и иного скота. Наличие...
Электроклапан на стиральную машину индезит
Каталог запчастей Код товара: VAL900UN Катушка универсальная 220V для заливного клапана стиральной машины. Код товара: 25686057u , 481281729053 , 481981729014...
Adblock detector