Батарейка Карпена (Karpen's Pile)

Спасибо за сообщения!


В сухом остатке для себя на текущий момент примерно складывается следующее:
- Батарея Хатчисона/Бедини скорее всего может характеризоваться как гальванический элемент с повышенной энергоемкостью, относительно долгой эксплуатацией. Ожидаемо может развиваться в направлениях увеличения долговечности/дешивизны/максимального выхода энергии с единицы веса.
- Батарею Карпена - можно рассматривать как "вечный" источник энергии основанный на тепловых движениях молекул/ионов (температура глубокого космоса / температура реликтового фона равна 2.725 +/- 0.001 Кельвина, т.к. движение молекул при этой температуре не прекращается - теоретически срок работы батареи Карпена, при правильном подборе электролита и электродов, можно приравнять к сроку жизни вселенной). При учете "импульсного" съема энергии (встраивании в технологический процесс) - вполне возможно получить работоспособное устройство с низким рабочим напряжением (для электронных устройств) и значительными токами. Батарея Карпена является исключением (опровергает) 2 начала термодинамики. Как готовую, промышленно воспроизводимую батарею Карпена - можно рассматривать "Найквистор" Ю.Е.Виноградова.
- Замбониев столб / батарея Василия Петрова, так же является "вечным" источником энергии, в котором низкий рабочий ток нивелирован высоким напряжением. Где то встречал (ссылки не могу найти), что Замбониев столб был использован в военной разработке как источник низко-токового анодного напряжения в радиоэлектронном устройстве.
Однозначно для себя взял на заметку Замбониев столб, как высоковольтный малоамперный источник напряжения в качестве вспомогательного в возможных технических решениях (например - люстра Чижевского, замена электретов…).

 

Звездная батарея!

[youtube]LaAK7GbQovY[/youtube]

 

В продолжение темы батареи Карпена.

Импульсные свойства батареи Карпена (медленный самозаряд и быстрый разряд в нагрузку) можно убрать (как один из вариантов): созданием нескольких единичных элементов и последовательным их переключением на общую нагрузку, для создания в нагрузке тока постоянной величины (в идеале при разряде последнего единичного элемента, первый элемент должен успевать самозарядиться). При этом можно ожидать не очень значительные итоговые габариты источника питания, например для радиоприемника, звуковых устройств, фонарика, подсветки-светлячка для рамок…

Может оказаться интересным включение батареи Карпена вместо одного из конденсаторов в трехточечных генераторах, при этом она может работать как электроемкость=источник энергии (например можно рассмотреть адаптированную замену емкости С3 в классической схеме емкостной трехточки на рисунке 3 <a class="postlink" href="http://naf-st.ru/articles/generator/lcgen" onclick="window.open(this.href);return false;">http://naf-st.ru/articles/generator/lcgen</a> ). Теоретически здесь могут быть скрыты какие либо нелинейные проявления работы схемы. Для определения номинальной емкости батареи (в Фарадах), скорее всего удобно использовать подсчет времени разряда батареи на 95% от первоначальной величины, через известное сопротивление: t=R*C, C=t/R.

Теоретические лежащие на поверхности предпосылки для изменения скорости заряда батареи - изменение параметров электролита, скорости движения ионов (<a class="postlink" href="http://clck.yandex.ru/redir/AiuY0DBWFJ4ePaEse6rgeAjgs2pI3DW99KUdgowt9XvqxGyo_rnZJvNQ-8CyF92_dCaCQ66mjNLBkHaVj_pfIcyTzC5RaPHSpf-vs_TQxGnjXKHefamGSjIea3ZCEnI-RRUiHiJF0aYDNFaGIM_5XWwhOxEG8ACr76jSR7wIY1gPv6A1spdb4a5oNsIWS0RmT4Y_l92nZ2A?data=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&b64e=2&sign=7cd431e8418a0e3ef129e4f218094a94&keyno=8&l10n=ru&mc=4461&i=6" onclick="window.open(this.href);return false;">http://clck.yandex.ru/redir/AiuY0DBWFJ4 ... c=4461&i=6</a> ).

Для увеличения токов разряда батареи наиболее простой путь - увеличивать площадь электродов элемента (при этом ожидается увеличение времени заряда элемента). Близкие промышленные аналоги - конденсаторы, ионисторы и аккумуляторы.


По конденсаторам в классической физике давно изучена и нормируется для промышленных конденсаторов - Диэлектрическая абсорбция ( <a class="postlink" href="http://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EB%E5%EA%F2%F0%E8%F7%E5%F1%EA%E8%E9_%EA%EE%ED%E4%E5%ED%F1%E0%F2%EE%F0" onclick="window.open(this.href);return false;">http://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EB%E5% ... 0%F2%EE%F0</a> ):
"Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение на обкладках снова появится как если бы мы разрядили конденсатор не до нуля. Это явление получило название диэлектрическая абсорбция (диэлектрическое поглощение). Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора.
Подобный эффект можно наблюдать практически на всех типах диэлектриков. В электролитических конденсаторах он особенно ярок и является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. У конденсаторов с твердым диэлектриком (например, керамических и слюдяных) эффект связан с остаточной поляризацией диэлектрика. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с органическими диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полиэтилентерефталат, поликарбонат.
Эффект зависит от времени зарядки конденсатора, времени закорочения, иногда от температуры. Количественное значение абсорбции принято характеризовать коэффициентом абсорбции, который определяется в стандартных условиях."

Развитие конденсаторов - ионисторы. К сожалению на данном этапе в интернете информацию о возможности самозаряда ионисторов не выявил. В ионисторах электроды обычно изготавливаются из пористых химических веществ с большой удельной поверхностью. Часто один электрод инертен, второй может обратимо растворяться (восстанавливаться) Например патент (RU2140681 "Ассиметричный электрохимический конденсатор) <a class="postlink" href="http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC=RU&NR=2140681C1&KC=C1&FT=D&ND=3&date=19991027&DB=EPODOC&locale=ru_ru" onclick="window.open(this.href);return false;">http://worldwide.espacenet.com/publicat ... cale=ru_ru</a>
В патенте Пример 1: инертный электрод - углеродистый материал (активированный уголь), второй гидрооксид никеля (широко применяется в производстве щелочных аккумуляторов, относительно легко синтезируется например из NiSO4•7H2SO4 и NaOH <a class="postlink" href="http://knowledge.allbest.ru/chemistry/3c0b65625a3bc78b4c53a88421206c27_0.html" onclick="window.open(this.href);return false;">http://knowledge.allbest.ru/chemistry/3 ... c27_0.html</a> , электролизом <a class="postlink" href="http://patentdb.su/1-44971-sposob-polucheniya-gidrata-zakisi-nikelya-ehlektroliticheskim-putem.html" onclick="window.open(this.href);return false;">http://patentdb.su/1-44971-sposob-poluc ... putem.html</a> ), электролит - водный раствор гидроокиси калия
Пример 2: инертный электрод - фольга из свинца, второй электрод диоксид свинца (очень хороший проводник тока), в качестве электролита серная кислота.

Попытка реализации на коленке простого квази-ионистора (подложка=первый электрод - алюминиевая фольга площадью примерно 150 см.кв., на которую накладывается простая бумага как диэлектрик, на бумагу свободно высыпается 1 таблетка медицинского активированного угля, активированный уголь плотно прижимается вторым электродом из алюминиевой фольги площадью примерно 150 см.кв., электролит слабый раствор магнезии из аптеки), при первом приближении показала более низкие токи разряда по сравнению с парой медь-алюминий.
Устойчивый ток разряда в режиме короткого замыкания на измеритель тока - 0,12 мА (ток падает с единиц мА до указанной величины, измерение в течение 5-10 минут). Напряжение в режиме холостого хода - до 0,7В.


По аккумуляторам. Опять же к сожалению на данном этапе в интернете информация о самозаряде аккумуляторов - плотно "забита" информационным мусором. Многие типы аккумуляторов имеют развитые площади электродов, содержат в конструктиве химически разные электроды. Согласно описаниям равнодушен к полному разряду Ni-Cd аккумулятор. Для эксперимента был вытащен из хлама "убитый" никель-кадмиевый аккумулятор емкостью 0,7 Ач размер АА. Аккумулятор не заряжался более 2-х лет, для чистоты эксперимента он был накоротко замкнут на 15 часов. После снятия КЗ, напряжение на аккумуляторе в районе погрешности измерителя напряжения (2-3 мВ), ток единицы мкА. Самозаряд - более 16 часов. Примерное напряжение после самозаряда 0,2В. Ток в режиме короткого замыкания на измеритель тока в первый момент 3-5 мА, быстро снижающийся до десятых и сотых долей мА. Что сильно опечалило по этому типу "батареи Карпена" - после короткого замыкания, напряжение на аккумуляторе падает с 0,2В до единиц мВ (примерно 3-5 мВ) и очень медленно вырастает.

 

ОПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО ИЗ ГЕТЕРОЭЛЕКТРИКА
Использование: для изготовления оптических фильтров. Оптическое стекло из гетероэлектрика включает прозрачную матрицу, например SiO2, с распределенными в ней наночастицами полупроводника, например Ве2Те 3, с линейными размерами много меньше длин волн оптического спектра. Указанные наночастицы имеют форму эллипсоидов вращения с отношением длин малых полуосей а к длинам больших полуосей b в интервале 0,2-0,1 и расположены в матрице в форме кубической решетки с плотностью порядка 0,1 объемных долей. Техническая задача изобретения - увеличение показателя преломления стекла. 2 ил.



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область изобретения. Изобретение относится к оптике, в частности к оптическим материалам для управления направлением электромагнитного излучения, интенсивностью, параметрами оптического луча, длиной волны излучения и может быть использовано для повышения разрешающей способности оптических систем, для создания светосильных линз, призм и других элементов.
Описание уровня техники. Современные оптические материалы имеют показатель преломления в пределах 1.3-1.8 [1]. Недостатком таких материалов является относительно низкий коэффициент преломления. Действительно, увеличение показателя преломления приводит к улучшению характеристик элементов оптических систем. Так, например, оптическая сила линзы есть
Ф=(n-1)(1/r 1-1/r2)+d(n-1)2 /nr1r2, где
n - показатель преломления,
d - толщина линзы,
r 1, r2 - радиусы кривизны поверхностей линзы.
Таким образом, увеличение показателя преломления ведет к увеличению оптической силы линзы и к уменьшению ее размеров. Другим примером увеличения разрешающей способности оптической системы является микроскоп. Для большого показателя преломления уменьшается диаметр изображения бесконечно малой светящейся точки (диск Эри), где сосредоточено 84% световой энергии точки. Диаметр изображения точки есть d=1,22 /nsin , где - длина волны излучения, -апертурный угол. Таким образом, помещая прозрачную среду с между объективом микроскопа и объектом можно увеличить разрешающую способность микроскопа более чем в n раз.
В природе существуют также материалы с показателем преломления 2-4 и в исключительных случаях до 8-10. Это - полупроводниковые соединения [1]. Однако они не применяются для создания оптических устройств с целью повышения разрешающей способности в видимом диапазоне из-за высокого коэффициента поглощения.
Известен также гетероэлектрик [2] - вещество для управления электромагнитным излучением, частным случаем которого является оптическое стекло [3], включающее прозрачную матрицу с гомогенно распределенными в ней наночастицами металла, различных геометрических форм с линейными размерами много меньше длин волн оптического спектра, которое выбрано в качестве прототипа данного изобретения. Недостатками известного указанного оптического стекла, используемого главным образом в качестве светофильтра, также является недостаточно высокий коэффициент преломления.
Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков и увеличение показателя преломления оптического стекла.
Раскрытие изобретения. В соответствии с данным изобретением поставленная цель достигается в предлагаемом оптическом стекле из гетероэлектрика за счет того, что в известном оптическом стекле, включающем прозрачную матрицу, например SiO2, с распределенными в ней наночастицами полупроводника, например Ве2 Те3, с линейными размерами много меньше длин волн оптического спектра указанные наночастицы имеют форму эллипсоидов вращения с отношениями длин малых полуосей а к длинам больших полуосей b в интервале от 0,2 до 0,1 и расположены в указанной матрице в форме кубической решетки и с объемной плотностью порядка 10%, причем неточность относительного расположения соседних наночастиц не превышает b, а неточность значений а и b и их отношения для частиц данного оптического стекла не превышает 15%.
Краткое описание чертежей.
На Фиг.1 изображена схема расположения наночастиц в матрице предлагаемого оптического стекла из гетероэлектрика. Е изображает падающее электромагнитное излучение, поляризованное вдоль большой оси эллипсоидных наночастиц, а и b - длины полуосей эллипсоида вращения, r - расстояние между наночастицами, р и m - поляризуемости наночастиц и матрицы соответственно.
На Фиг.2 изображена зависимость показателя преломления гетерогенной среды (кривая 1), изображенной на Фиг.1, и ее коэффициента поглощения (в см-1, кривая 2) от объемной концентрации наночастиц в матрице.
Осуществление изобретения. В данном изобретении показатель преломления увеличивается за счет эффекта наведенной электромагнитным полем прозрачности в сочетании с эффектом локального поля Лоренца.
В соответствии с формулой Лоренц-Лоренца [4] электромагнитное поле излучения, действующее на частицу среды (локальное поле), увеличивается и описывается

Где Е есть Фурье компонента максвелловского электромагнитного поля, Р - Фурье компонента поляризации среды. Уравнение (1) ведет к выражению для диэлектрической функции среды ((Клаузиуса-Мосотти), содержащей наночастицы:

где к - поляризуемость одиночной частицы сорта к, Nк ее концентрация в объеме среды. Известно, что слабое излучение с длиной волны больше размера частиц вызывает самофазировку колебаний ее частиц-диполей и к росту, тем самым, взаимодействия среды с полем. Одним из проявлений такого суперкогерентного взаимодействия является рост дисперсии среды вследствие того, что локальное поле, действующее на частицу среды, сильно отличается от среднего поля на длине волны поля. Малое поглощение прозрачной среды способствует достижению критического значения поляризуемости среды. Выбирая подходящую среду, материал, размеры, форму, взаимное расположение и концентрацию наночастиц, можно создать условия, когда наступает так называемая катастрофа Клаузиуса-Мосотти, обусловленная самофазировкой колебаний частиц среды, взаимодействующих через спонтанное излучение, и ведущая к тому, что диэлектрическая функция среды, содержащей указанные наночастицы, соответственно показатель преломления, будет стремиться к бесконечности.
Действительно, рассмотрим среду, в которой частицы эллипсоидного типа сделаны из материала с диэлектрической функцией р и помещены в диэлектрическую матрицу - среду с диэлектрической функцией m. При этом наночастицы могут быть из прозрачного диэлектрика или из полупроводника. Размер частиц меньше, чем длина волны электромагнитного поля, и поэтому каждая частица может рассматриваться в качестве диполя. Для простоты рассмотрения положим, что все частицы имеют одну и ту же ориентацию и электромагнитное поле поляризовано вдоль большой оси частицы, а потерями в среде пренебрежем. В зависимости от концентрации наночастиц диэлектрическая функция гетерогенной среды линейно растет для малых концентраций [5]. Когда вклад наночастиц становится порядка диэлектрической функции матрицы, то кроме дипольного взаимодействия с атомами среды наночастицы начинают взаимодействовать друг с другом через ближнее поле. Это обуславливает их когерентное взаимодействие со средой. Наночастица, рассматриваемая как диполь, ведет себя в электромагнитном поле как гармонический осциллятор. Энергия хаотических колебаний осцилляторов с концентрацией N в единице объема есть Eмин=EN, в то время как для самофазирующихся (когерентных) колебаний наночастиц эта энергия Eмак=EN2. Таким образом, самофазировка колебаний наночастиц в поле в N раз повышает их энергию и, как следствие, диэлектрическую функцию и показатель преломления гетерогенной среды.
Известными методами легко рассчитать необходимую для указанной самофазировки концентрацию наночастиц. Например:
Поляризация отдельной наночастицы [5]

где; V0 - объем наночастицы, = p/ m a 0<k<1, где k есть параметр деполяризуемости, зависящий от формы частицы.
Для гетерогенной среды, таким образом, будем иметь

где N0 - концентрация наночастиц, а 4 N - описывает матрицу среды с величиной объемной концентрации частиц :

Вставив уравнение (3) в уравнение (4), имея в виду (5), можно найти ту концентрацию, при которой выполняется условие (4):

Так, для матрицы из стекла с m=1.332 и полупроводниковых частиц Ве2Те3 с p=92 [1], если к=0.01, что соответствует отношению осей элипсоида b/а=6.2 [4], то получим из (6), что =0.07 - критическая концентрация частиц для катастрофы Клазиуса-Мосотти. Показатель преломления гетерогенной среды n=Re( ) определяется из соотношения (2) как функция объемной концентрации наночастиц. Расстояние r между наночастицами оценивается из соотношения =V0/V1, где V1=2br2 - объем, приходящийся на одну наночастицу, а объем наночастицы-эллипсоида вращения V0=(4 /3)ab2, следовательно r=(2 /3 )1/2b. Расстояние r=5.5b соответствует наибольшему достижимому показателю преломления гетерогенной среды при оптимальной объемной концентрации наночастиц в матрице, равной 0.07 долей. Расчеты также показывают, что для достижения близких значений (по всему объему стекла неточность расположения соседних наночастиц не может превышает 6, а неточность значений а и b и их отношения - 15%.
Таким образом, предлагаемое оптическое стекло из гетероэлектрика с высоким показателем преломления, достигающим значений n более 10, для преобразователей оптического излучения состоит из прозрачной диэлектрической матрицы, например SiO2 и введенных в матрицу прозрачных диэлектрических или полупроводниковых наночастиц, например Ве 2Те3, с показателем преломления, равным 9. Наночастицы имеют размеры меньше длины волны электромагнитного поля, взаимодействующего со средой, и форму, близкую к эллипсоидальной. Они упорядоченно расположены в матрице, как показано на Фиг.1, где а - длина меньшей полуоси наночастицы-эллипсоида, b - длина ее большой полуоси, r - расстояние между центрами наночастиц, определяемое из оптимальной объемной концентрации наночастиц. На Фиг.2 приведена расчетная зависимость показателя преломления указанного оптического стекла от объемной концентрации наночастиц, который может достигать значений 10 и более.
Пример реализации изобретения.
Наночастицы из полупроводника получают из раствора смеси окислов исходных компонентов и вытягиванием их из расплава на платиновом стержне при медленном снижении температуры расплава. Для получения нужной формы наночастиц стержень вращается. Полученные наночастицы из полупроводника смешиваются с расплавленным диэлектрическим носителем (SiO2). Размер, форма наночастиц и взаимное расстояние между наночастицами контролируется атомно-силовым микроскопом после укладки их на монослой расплава стекла порядка размера наночастиц. Размер наночастиц и их взаимное расстояние выдерживаются с точностью ?15% и отбираются на основании измерений атомно-силовым микроскопом.
Измерение диэлектрической функции гетероэлектрика осуществляется эллипсометрическим спектрометром.

 

Почему никто не вспомнит про широко распространенный нормальный ненасыщенный элемент? Валяется у меня такой 1980г выпуска. Сейчас померял 1.006V. Я думаю он еще 30 лет проваляется и напряжение такое же будет, потому что предназначение у него такое -- стабильное значение напряжения.

 

Вот еще видео в тему

[media]http://www.youtube.com/watch?v=mNaI8tQm4mE[/media]

Медь + Алюминий

 

А на мой взгляд самая крутая вечная батарейка так это наша Земля. Все крутится и крутится и фиг её кто остановит... И энергии сколько хочешь, только бери.