Do Strony tytułowej  Do Spisu Treści <<poprzedni rozdział**następny rozdział>>


Polowy generator prądu elektrycznego

1. Wstęp

Nazwa rzeczy jest tym, co ją określa, i czasem dobrze jest, kiedy nazwa nie przywołuje pobocznych skojarzeń. W tym przypadku nazwa może kojarzyć się z miejscem wykorzystania generatora. Bo jeśli polowy generator, to pewnie jest to generator, który nadaje się do wykorzystywania w polu, czyli gdzieś zdala od ludzkich siedzib i jakichś innych źródeł energii. To skojarzenie można uważać za poprawne. Bo rzeczywiście ten generator, w postaci niewielkiego urządzenia o mocy od kilkunastu do kilkudziesięciu kilowatów, może być wykorzystany w dowolnym miejscu, także w polu. Ale ten generator jest polowy także i z innego powodu. Mianowicie, w tym generatorze pole jest podstawową przyczyną, która powoduje, że może on wytwarzać energię elektryczną. Mowa tu jest o fundamentalnym polu, istniejącym w postaci fundamentalnych składników, z których zbudowane są atomy i wszystko inne, co zaliczamy do materii.

W polowym generatorze pole musi być odpowiednio skonfigurowane i dopiero wtedy może ono być wykorzystane do wytwarzania energii elektrycznej. Podlegająca konfiguracji właściwość pola jest powszechnie znana i w wielu urządzeniach technicznych wykorzystywana. W przypadku styku dwóch metali ta właściwość pola nosi nazwę potencjału kontaktowego.
 

2. Budowa i zasada działania polowego generatora prądu elektrycznego

W polowym generatorze wytwarzanie prądu elektrycznego odbywa się w jednostkowych elementach, które nazywam ogniwami polowoelektrycznymi (na podobieństwo ogniw termoelektrycznych). W celu zwiększenia wyjściowego napięcia generatora wiele ogniw polowoelektrycznych jest połączonych ze sobą szeregowo, tak jak to pokazano na poniższym rysunku.

Jednostkowe ogniwo polowoelektryczne jest zbudowane z dwóch różnych przewodników lub półprzewodników. Pod względem ogólnej budowy ogniwo to jest podobne do ogniwa termoelektrycznego, ale działa na innej zasadzie. W ogniwie termoelektrycznym różnica potencjałów i wymuszanie przepływu prądu elektrycznego odbywa się dzięki różnicy temperatur, jakie istnieją na dwóch podobnych stykach różnych metali. W ogniwie polowoelektrycznym temperatury styków dwóch różnych metali mogą być jednakowe. (Choć, z powodu działania przepływającego, wymuszonego prądu elektrycznego, mogą być także i różne.) Bo w tym ogniwie przepływ elektronów jest wymuszany przez różnicę własności polowych struktury dwóch różnych przewodników (bądź półprzewodników), które tworzą dwa sąsiadujące ze sobą styki, a nie wskutek różnicy temperatur.

Pozornie, sytuacja na stykach ogniwa polowoelektrycznego, które mają jednakowe temperatury, jest podobna do tej, jaka istnieje na stykach ogniwa termoelektrycznego, gdy mają one jednakowe temperatury. Ale to tylko pozornie... Bo „sąsiednie” styki ogniwa termoelektrycznego, utworzone z tych samych materiałów, są identyczne i są odwrócone względem siebie w tym znaczeniu, że powstające na nich jednakowe(!) potencjały kontaktowe są przeciwnie skierowane i wzajemnie się znoszą, dając zerowy potencjał wypadkowy i zerowy przepływ prądu elektrycznego.  Natomiast w ogniwie polowoelektrycznym sąsiednie styki są utworzone z dwóch różnych przewodników, jak w ogniwie termoelektrycznym, ale dwa sąsiednie styki wcale nie są identyczne.

W przykładowym, podanym na rysunku, polowym generatorze prądu elektrycznego, występujące tam żelazne płytki wcale nie tworzą z sąsiadującymi z nimi miedzianymi płytkami identycznych dwóch styków. Bo każda żelazna płytka posiada z jednej strony zmodyfikowaną powierzchnię, w której struktura wierzchniej warstwy atomów jest inna od struktury powierzchni z przeciwległej strony.

Zmodyfikowanie powierzchni żelaza może być wykonane poprzez azotowanie, nawęglanie bądź w wyniku innej chemiczno-cieplnej obróbki, podczas której do struktury żelaza wnikają atomy innego pierwiastka niż żelazo. Atomy domieszkowe, znajdujące się w żelazie po obróbce powierzchni, modyfikują, czyli zmieniają pole, jakie występuje w strukturze powierzchni żelaza. Z tego powodu bezwzględne wartości potencjałów kontaktowych na dwóch sąsiednich stykach tej samej płytki miedzianej, na jednym styku z żelazem modyfikowanym, a na drugim styku z żelazem niemodyfikowanym, są różne. Zatem przy przeciwnych kierunkach polaryzacji napięć kontaktowych na tych sąsiednich stykach napięcia nie zerują się. Czyli w polowoelektrycznym ogniwie przy jednakowych temperaturach styków występuje podobne zjawisko, jak w ogniwie termoelektrycznym, gdy styki mają różne temperatury - dzieje się tak samoczynnie, bez dostarczania energii cieplnej.

3. Potencjał kontaktowy ogniwa polowoelektrycznego - teoretyczne uzasadnienie

Poniżej na rysunku przedstawione jest porównanie potencjałów kontaktowych ogniw termoelektrycznych z jednakowymi temperaturami styków oraz ogniwa polowoelektrycznego. Styki między przewodnikami z różnych materiałów (na rysunku przewodniki to  miedź i żelazo) są oznaczone symbolicznie w postaci łuków. Jeśli styki są lutowane, to materiał lutu także bierze udział w kształtowaniu wypadkowego potencjału kontaktowego - w przypadku B we wzorze na obliczanie tego potencjału zostały uwzględnione dane dotyczące „pracy wyjścia” elektronów z materiałów, jakie zostały użyte do lutowania styków.

Najbardziej optymalne techniczne rozwiązanie polowego generatora prądu elektrycznego nie zawiera dwóch różnych przewodników bądź półprzewodników, lecz jeden, np. żelazo. Płytki żelaza, które składają się na stos ogniw polowoelektrycznych, są z jednej strony modyfikowane. W stosie ogniw płytki stykają się swoimi powierzchniami, z których jedna jest modyfikowana, a druga jest niemodyfikowana. W utworzonym w ten sposób stosie ogniw jego wypadkowy potencjał elektryczny jest sumą potencjałów kontaktowych, jakie powstają na każdym styku powierzchni modyfikowanej z powierzchnia niemodyfikowaną. Ilustruje to poniższy schematyczny rysunek polowego generatora i załączony doń teoretyczny wywód dotyczący wypadkowego napięcia polowego generatora.

4. Perspektywy rozwoju energetyki polowoelektrycznej

W polowym generatorze prądu elektrycznego nie ma żadnych części ruchomych, nie ma elementów, które w normalnej eksploatacji zużywałyby się i wymagałyby wymiany. Praktycznie nie wymaga on żadnej obsługi i przy normalnej eksploatacji nie psuje się, a zatem może pracować bardzo długo. Co najwyżej, z czasem może następować zjawisko starzenia się styków, polegające na niekontrolowanej wędrówce atomów pierwiastków w obrębie styków, wskutek czego mogą zmieniać się własności polowe styków i utrata zdolności wytwarzania prądu przez generator. Niski koszt wykonania polowego generatora sprzyja temu, że może on być łatwo wymieniony na inny, zupełnie nowy.

Co najważniejsze, polowy generator nie wymaga dostarczania w trakcie eksploatacji jakiegokolwiek surowca, który po przeróbce byłby zamieniany na energię elektryczną, ani jakiejkolwiek postaci energii. Przy intensywnej eksploatacji może wymagać chłodzenia za pomocą wody bądź powietrza w wymuszonym obiegu. Bez tego mógłby się przegrzać i z powodu wysokiej temperatury pracy mógłby ulec uszkodzeniu. Podgrzaną wodę lub powietrze można dodatkowo wykorzystać jako nośnik energii.

Po sprawdzeniu się idei, na której bazuje praca generatora polowego, po znalezieniu najlepszego, najbardziej optymalnego rozwiązania technicznego związanego z budową polowego generatora, po przeprowadzeniu niezbędnych badań i prób, generatory polowe mogą zastąpić wszelkie inne dotychczasowe źródła energii. Bo to źródło energii jest doskonałe pod każdym względem: jest bezpieczne w użyciu, nie zanieczyszcza środowiska, może być wykonane w różnych wersjach jako urządzenie stacjonarne oraz do zaopatrzenia w energię środków transportu wodnego, kołowego i powietrznego.

Polowy generator, który służyłby do wytwarzania energii elektrycznej, fizycznie jeszcze nie istnieje. Polowy generator istnieje dopiero w sferze idei oraz w postaci schematycznego rysunku i opisu. Przed przyszłymi twórcami i konstruktorami tego generatora jeszcze długa i mozolna droga praktycznych prób, wielu badań i poszukiwań. W pierwszej kolejności powinni oni znaleźć odpowiedni materiał. Ten materiał musi nadawać się do takiej jego modyfikacji, aby wskutek niej powstała szczególnego rodzaju trwała struktura. Jej charakterystyczną cechą musi być różnica potencjałów na różnych jej krańcach, która powstanie wskutek modyfikacji.

W przedstawionej tutaj idei polowego generatora prądu elektrycznego jako hipotetyczny przykład takiego materiału podane zostało żelazo i jego modyfikacje. Ale tym materiałem niekoniecznie musi być żelazo. Jednak poszukiwania należy rozpocząć "od pierwszego kroku" i można je rozpocząć od przebadania żelaza i jego stopów, które powstaną wskutek dyfundowania "cudzych" atomów w głąb jego struktury przez rozgrzaną powierzchnię.*)

Legnica, 30.03.2009 r.
__________________________________
*) Przedstawiam ideę polowego generatora prądu elektrycznego mając na względzie najważniejszy powód. Liczę na to, że idea trafi na swojego realizatora, a przyszłego konstruktora i budowniczego omawianego generatora. Pragnę, aby chętni do skonstruowania polowego generatora, którzy mają możliwości wykonania próbek materiałów, mogących służyć do wykonania generatora, oraz mają możliwości ich przebadania, mogli przystąpić do realizacji swoich zamierzeń.
___________________________________
Komentarz Pinopy na http://www.eioba.pl/a99245/polowy_generator_pradu_elektrycznego

*     *     *

To, co przedstawiłem, jest tylko ideą, która dotyczy polowego generatora prądu elektrycznego oraz wykonania jego pojedynczego elementu - ogniwa polowoelektrycznego. Podstawowe pytanie może dotyczyć tego, czy jest możliwe wykonanie ogniwa polowoelektrycznego, czy może ono działać i jak długo. Ale najpierw należy wiedzieć, co to jest takiego - ogniwo polowoelektryczne. Otóż, ogniwo polowoelektryczne jest to tak uporządkowana struktura materii, która samoczynnie wymusza przepływ elektronów, a sama nie ulega przy tym zmianie. Wymusza przepływ elektronów, czyli zanim zamknie się obwód elektryczny i pozwoli się na przepływ prądu, na przeciwległych krańcach trwałej struktury polowej istnieje napięcie elektryczne.

Strukturę ogniwa polowoelektrycznego można porównać do naładowanego kondensatora. Jest tylko taka różnica, że kondensator może być źródłem elektrycznego prądu tylko przez chwilę, bo rezystancja wytłumi przepływ prądu. Natomiast ogniwo jest źródłem prądu, którego przepływ jest w każdym momencie uzupełniany, "odnawiany", bo wymuszany przez tę samą trwałą strukturę materii. Może ktoś powiedzieć, że taka struktura materii nie może istnieć, bo... i tu zacznie wymieniać argumenty, które jakoby mają taką tezę popierać.

Jednak takie struktury mogą istnieć i one istnieją, ale na razie są znane pod inną postacią. Dzięki takim strukturom wymuszającym nieustanny przepływ prądu elektrycznego istnieje magnes trwały. Struktura magnesu nie nadaje się jednak do wykorzystania w ogniwie polowoelektrycznym. Jej charakter można określić w taki sposób, że ta struktura jest zamknięta na samą siebie. Oznacza to, że struktura jest trwała, ale jednocześnie sama, za pomocą swoich własnych elementów składowych, tworzy zamknięte obwody elektryczne.

Zamknięte obwody elektryczne, które istnieją w strukturze magnesu, można nazwać zamkniętymi ogniwami polowoelektrycznymi. Te elektryczne obwody mają właściwości, które są niezbędne dla "otwartego" ogniwa polowoelektrycznego, za wyjątkiem jednej właściwości. A mianowicie, nie mogą istnieć w stanie otwartym i utrzymywać stałe napięcie elektryczne oraz nieustanną gotowość do ponownego załączenia i pracy. Bo poza tym w zamkniętych obwodach polowoelektrycznych, które istnieją w magnesach, zawiadująca nimi polowa struktura porządkuje termiczne ruchy elektronów w taki sposób, aby ten ruch odbywał się w zamkniętym obwodzie jako uporządkowany.

Można stworzyć podobną strukturę polową, mającą podobne własności porządkowania przepływu elektronów, ale mającą otwarty charakter. Wówczas porządkujące własności pola strukturalnego będą zamieniały termiczne ruchy elektronów na ich jednokierunkowy ruch - od jednego krańca struktury do drugiego. Oczywiście, z powodu otwartego charakteru takiej struktury prąd elektryczny popłynie jedynie przez chwilę i będzie płynął do tego momentu, aż taki polowoelektryczny element naładuje się i będzie przypominał kondensator.

W przypadku, gdy użytkownik takiego ogniwa zamknie elektryczny obwód, aby wykorzystać dobrodziejstwa wynikające z przepływu prądu elektrycznego, wówczas będzie mógł korzystać z jego energii. A skąd bierze się energia w ogniwie polowoelektrycznym? Można powiedzieć, że w ogniwie polowoelektrycznym następuje utylizacja energii cieplnej z otoczenia i jej przetworzenie na energię elektryczną.

*     *     *

O tym, że w tym kierunku już coś-niecoś zrobiono, można przeczytać w artykule A.W. Frołowa "Swobodna energia" - http://www.e-puzzle.ru/lib/%D4%F0%EE%EB%EE%E2%20%C0.%C2.%20-%20%D1%E2%EE%E1%EE%E4%ED%E0%FF%20%FD%ED%E5%F0%E3%E8%FF.doc . Tam on pisze:

"W USA, Wingate Lambertson wynalazł bardzo efektywne urządzenie do przekształcania energii. W urządzeniu tym elektrony uzyskują dodatkową energię przechodząc przez kilka cienkich warstw metalowo-ceramicznego kompozytu. Wykonano bloki generujące 1600 wat mocy, które można łączyć ze sobą równolegle. Adres autora wynalazku: Dr. Wingate Lambertson, 216 83rd Street, Holmes Beach, Florida 34217, USA."
(Wpiszcie do Google'a - Wingate Lambertson)

*     *     *

Do Strony tytułowej  Do Spisu Treści <<poprzedni rozdział**następny rozdział>>