ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ ПО ЛИНИИ ИЗ ДИСТИЛЛИРОВАННОЙ ВОДЫ

 

А.А.Гришаев,  независимый исследователь

 

 

Введение.

Факт передачи электрических импульсов по диэлектрическому каналу – чего «не может быть» в рамках традиционных физических представлений – явился бы важным подтверждением наших представлений об электричестве и структурах вещества. Мы полагаем, что, в отличие от свободных протонов и электронов, у атомарных протонов и электронов бытиё электрических зарядов циклически прерывается. И у атома, имеющего равные количества протонов и электронов, возможно доминирование во времени заряда того или иного знака. Такое состояние у атома мы называем зарядовым разбалансом [1].

Концепция зарядовых разбалансов пролила свет на атомные структуры и на физический смысл энергии квантового возбуждения в атоме [2], она позволила предложить физическую модель химической связи [3], с объяснением разницы между не-валентными и валентными электронами [4]. По этой концепции, статические зарядовые разбалансы могут передаваться с атома на атом при переключениях химических связей, например, в металлах [5], давая перенос электричества без переноса вещества и без потерь на джоулево тепло – здесь мы находим разумное объяснение феномена намагниченности [5]. Концепция зарядовых разбалансов помогла дать корректное объяснение ослабления электрического поля в объёме диэлектрика [2], а также позволила не только объяснить различия в электропроводности у металлов [5], полупроводников [6] и диэлектриков [7], но и дать правдоподобную модель электрического пробоя твёрдого диэлектрика [7]. На основе этой концепции было предложено объяснение феноменальных свойств сегнетоэлектриков [8]. Мы считаем, что именно подвижками зарядовых разбалансов в ВТСП-керамике обеспечиваются её магнитная сверхвосприимчивость и прекрасная проводимость электрических импульсов – ведь свободного движения электронов в ВТСП-керамике не наблюдается [9].

При мощной эвристической силе концепции зарядовых разбалансов, остаётся открытым вопрос: не являются ли зарядовые разбалансы удачной выдумкой, существуют ли они в действительности? Нам представляется, что, в результате замыкания электрической цепочки, именно всплеск зарядовых разбалансов бежит по объёму проводника со скоростью света, приводя в упорядоченное движение свободные электроны в проводнике. Однако, разделить действия тока электронов и тока зарядовых разбалансов – весьма непростая экспериментальная задача, тем более что все наши электроизмерительные приборы приспособлены для реакции именно на токи электронов. Поэтому можно пытаться детектировать токи зарядовых разбалансов там, где токи заряженных частиц, практически, отсутствуют, т.е. в диэлектрике. Мы полагаем, что всплеск зарядовых разбалансов и в диэлектрике должен двигаться со скоростью света, перенося электричество при отсутствии пробоя диэлектрика.

Мы пытались передавать электрические импульсы по хорошему диэлектрику – не через короткий диэлектрический промежуток, т.е. «через ёмкость», а именно по диэлектрической линии, у которой длина много больше характерного поперечного размера. Наши первые положительные результаты в этом направлении были получены с дистиллированной водой. Эти результаты не находят объяснения в рамках традиционного подхода, через подвижки небольшого количества ионов Н+ и ОН- в воде, поскольку подвижность этих ионов совершенно недостаточна для переноса электричества, который наблюдался в наших опытах.

 

Описание водяной диэлектрической линии.

Известны хорошие диэлектрические свойства дистиллированной воды: в огромном диапазоне частот, вплоть до ~1010 Гц, её диэлектрическая проницаемость равна статическому значению, e=81 (см., например, [10]).

Дистиллированной водой заполнялся стерильный пластиковый шланг стандартной медицинской системы для капельного введения жидкости. Входным концом линии служила вода в стаканчике капельницы, а выходным – вода, контактировавшая с металлической иглой. Острый конец иглы был отрезан: чем короче подключаемый ко входу осциллографа металлический электрод, тем меньше помех на нём наводится через излучение. Длина водяной линии составила 150 см, диаметр – около 2.4 мм.

Фактором, от которого сильно зависело качество водяной линии, было наличие-отсутствие в ней крупных воздушных пузырьков. Единственный пузырёк, разрывавший сплошность водяного канала, блокировал передачу электрических импульсов.

Качество линии контролировалось через измерение её сопротивления мегомметром М4100/4. При тестовом напряжении 1000 В, мегомметр показывал величину 200-250 МОм. Расчётная же величина, при вышеназванных длине и диаметре линии, а также справочном значении удельного сопротивления дистиллированной воды (1 - 4)×106 Ом×см [11], есть 3300 - 13200 МОм. Таким образом, электропроводность использовавшейся воды была на полтора-два порядка выше, чем у стандартной дистиллированной. Но это не сказалось принципиальным образом на наших экспериментальных результатах и выводах.

 

Опыт 1. Реакция на киловольтные разряды.

Схема опыта приведена на Рис.1. Источником киловольтных импульсов служил самодельный генератор – по схеме повышающего трансформатора с искровым промежутком

 

Рис.1

 

в цепи первичной обмотки. Этот искровой промежуток пробивался как на положительной полуволне сетевого напряжения, так и на отрицательной, что давало генерацию во вторичной обмотке двух противоположных импульсов тока за один 50-герцовый период. Эти импульсы тока порождали на острие щупа прибора импульсы напряжения с амплитудой около 7 кВ. В результате, с учётом обостряющего действия щупа, им пробивался воздушный промежуток в полсантиметра.

На входе водяной линии острие щупа подносилось к поверхности воды на те самые полсантиметра, чтобы воздушный промежуток между остриём и водой устойчиво пробивался. Другой конец водяной линии был подключен к сигнальному (центральному) электроду SR-BNC-разъёма входа цифрового осциллографа RIGOL DS1102E. При разрядах в начале линии, осциллограф регистрировал импульсы с амплитудой около 6 В – см. Рис.2, а также видеоотчёт [12]. Водяная линия использовалась принципиально в однопроводном варианте, без подключений к «земляному» электроду входа осциллографа. При работе только по переменной составляющей сигнала, осциллограф чётко демонстрировал, что изменение потенциала в начале водяной линии вызывало соответствующее изменение потенциала на её конце. Подчеркнём, что пробивался только воздушный промежуток между

 

Рис.2

 

щупом прибора и началом водяной линии – сама же водяная линия, конечно, не пробивалась. Сразу после опыта было проделано контрольное измерение сопротивления линии – мегометр показал то же самое значение, что и перед началом опыта.

Заметим, что 6-вольтовые импульсы, регистрировавшиеся осциллографом, не могли порождаться наводками через излучение. Для контроля этих наводок использовался второй канал осциллографа, к сигнальному электроду входа которого был подключен проводничок такой же длины, как и остаток металлической иглы на конце водяной линии. Сопоставление осциллограмм измерительного и контрольного каналов показало, что измерительный канал тоже «ловил» наводки через излучение, и эти наводки были, практически, идентичны наводкам в контрольном канале – но 6-вольтовые импульсы регистрировались только в измерительном канале, не имея с наводками ничего общего.

Добавим, что эти 6-вольтовые импульсы не могли передаваться «через ёмкость» водяной линии – о чём будто бы свидетельствовала характерная для RC-цепочки форма импульсов. Более вероятно, что эта форма отражала характеристики не водяной линии, а искрового разряда на её входе. Ведь, при неизменных параметрах передающей линии, «постоянная RC-цепочки» не должна была измениться. Но, с учётом крутых фронтов импульсов, передававшихся во втором опыте, пришлось бы допустить беспричинное уменьшение этой «постоянной» на два порядка.

 

Опыт 2. Реакция на низковольтные импульсы.

Схема опыта приведена на Рис.3. Импульсы с амплитудой до 5 В с выхода генератора GW INSTEK GFG-8255A подавались, через сборку токозадающих резисторов, на первичную

 

Рис.3

 

обмотку повышающего трансформатора, который имел ферритовый сердечник из двух Ш-образных половинок ЕТД49. Первичная и вторичная обмотки были выполнены обычным монтажным проводом, коэффициент трансформации составлял около 1.4. Один конец вторичной обмотки был подключен к шине заземления, а другой – непосредственно контактировал с началом водяной линии. Заметим, что водяная линия использовалась, опять же, принципиально в однопроводном варианте – для исключения возможности передачи импульсов по «земляному» проводу и, соответственно, для увеличения доказательности того, что импульсы поступали на вход измеритеьного канала осциллографа именно после прохождения по водяной линии. Второй канал осциллографа использовался для контроля исходных импульсов – его вход был подключен, через фирменный пробник, к одному из токозадающих резисторов.

Мы работали, преимущественно, с прямоугольными импульсами, на частоте 500 Гц, при которой крутые фронты исходных импульсов, практически, не искажались из-за реактивных эффектов. Типичные осциллограммы для этого режима приведены на Рис.4.

 

Рис.4

 

Принимаемые прямоугольные импульсы, с амплитудой около 15 мВ, были хорошо различимы на фоне шумов (см. также видеоотчёт [12]). Добавим, что и треугольные импульсы передавались вполне убедительно [12].

Для проверки того, что импульсы на входе измерительного канала осциллографа не порождались наводками через излучение, делалась простейшая процедура, а именно: разрыв контакта между выходным проводом трансформатора и началом водяной линии – при этом амплитуда импульсов на конце линии резко уменьшалась, и они, практически, тонули в шумах. Эта проверка наглядно показывала, что водяная линия функционировала, в какой-то степени, как приёмная антенна, но, в гораздо большей степени – именно как передающая линия.

 

Объясняются ли наши результаты подвижками ионов Н+ и ОН-?

Скептики могут возразить, что наблюдавшиеся приращения потенциала на конце водяной линии могли вызываться всего лишь перераспределениями ионов Н+ и ОН- по длине линии – в ответ на принудительные приращения потенциала в начале линии. Но была ли подвижность ионов достаточна для обеспечения их необходимых перемещений?

Чтобы ответить на этот вопрос, требуется знать, хотя бы приблизительно, статическое распределение заряда вдоль линии, как отклик на появление точечного заряда вблизи начала линии. Для одномерного случая, результирующие линейные плотности положительного и отрицательного зарядов можно описать экспоненциальными функциями exp(-x/d), где x - текущая координата (от 0 до длины линии L), d - характерный линейный масштаб спадания экспоненциальной функции. Схематически, эти распределения линейной плотности положительного и отрицательного зарядов, как отклик на точечный отрицательный заряд вблизи начала линии, показаны на Рис.5, где нулевой уровень оси ординат соответствует невозмущённому значению линейных плотностей того и другого зарядов – при их равномерном распределении. Считаем, что количества носителей зарядов, т.е. ионов, в линии, остаётся постоянным – это на Рис.5 отражают соответствующие сдвиги экспонент по

 

Рис.5

 

оси ординат. Для результирующей линейной плотности l(x) суммарного заряда можно записать:

l(x) = l0 exp(-x/d) – Y,                                                                                   (1)

где сдвиг Y, из условия сохранения количества носителей заряда, есть

,                                                                               (2)

т.е. этот сдвиг однозначно определяется характерным размером d. Будем считать, что на интервале от 0 до 3d сконцентрирован в e=81 раз меньший по величине положительный заряд, чем инициирующий отрицательный заряд Q0 вблизи начала линии, т.е.

.                                                                              (3)

Тогда, в одномерном случае, для потенциала j(x) можно записать, с точностью до постоянного множителя:

j(x)~,                                                  (4)

где во вкладе от инициирующего заряда Q0 поправка d, т.е. характерный масштаб концентрации заряда, используется не столько для ухода от сингулярности при x=0, сколько для описания пространственной «зеркальности» индуцирования заряда инициирующим зарядом. Сингулярности имеют место в интегралах (4) при x=x, поэтому при численном моделировании, для L=150 см, в знаменателях первого и второго интегралов (4) использовались выражения, соответственно, (x+0.01)-x  и  x-(x-0.01). Распределения потенциала (4) находились при различных значениях параметра d и нормировались так, чтобы приращение потенциала в начале линии равнялось 7 Вольтам. Результирующая зависимость приращения потенциала в конце линии от d приведена на Рис.6. Как можно видеть, искомое значение параметра d, соответствовавшее величине 15 мВ, должно было составлять около 0.25 см.

Теперь мы можем ответить на вопрос – могли ли подвижки ионов Н+ и ОН- обеспечивать превращения их линейных распределений из равномерного в экспоненциальные, с характерным размером спадания в 0.25 см, и обратно. Для такого превращения, часть ионов должна была перемещаться на расстояния, заведомо не меньшие 0.25 см, причём, судя по осциллограммам (Рис.4), эти перемещения должны были происходить за времена, не большие чем 0.2 мс. Тогда требуемая скорость подвижек этих ионов должна была составлять не меньше чем 1.3×103 см/с. Но подвижности ионов Н+ и ОН-

 

Рис.6

 

в чистой воде, u+=3.62×10-3 (см/с)/(В/см)  и  u-=1.98×10-3 (см/с)/(В/см) [13], далеко не обеспечивают скорость подвижек ~103 см/с при напряжённости 7 В/150 см. Таким образом, наблюдавшиеся приращения потенциала на конце водяной линии не могли вызываться перераспределениями ионов Н+ и ОН-.

Но если электрические импульсы, на входе измерительного канала осциллографа, обеспечивались не подвижками ионов в воде, не наводками через излучение и не передачей «через ёмкость» линии – то чем же они обеспечивались?

 

Качественная модель переноса электрических импульсов в чистой воде.

Обычные твёрдые – да и жидкие – диэлектрики, согласно нашей модели [2,7], ослабляют в своём объёме внешнее электрическое поле благодаря продуцированию электрических зарядов в своих поверхностных слоях. Эти заряды появляются благодаря статическим зарядовым разбалансам, которые индуцируются внешним полем – и, чем эффективнее они индуцируются, тем сильнее ослабление внешнего поля в объёме диэлектрика и, соответственно, больше его диэлектрическая проницаемость.

Вода же является необычной жидкостью и необычным диэлектриком. Согласно нашей модели [14], вода является отнюдь не конгломератом стабильных молекул Н2О, из которых лишь ничтожная часть диссоциирована на ионы Н+ и ОН-. Некоторые загадочные свойства воды проясняются, если допустить, что в конденсированном состоянии все молекулы воды, через переключения статусов валентности у электронов атомов кислорода, принудительно диссоциируют и, за характерные времена ~10-11 с, изменяют свои составы, обмениваясь атомами водорода с соседними молекулами. Таким образом, в воде происходит высоко-динамическая тотальная диссоциация-рекомбинация молекул – но не на ионы, а на атомы Н и радикалы ОН, заряды которых обусловлены не оторванным или присоединённым электронами, а соответствующими статическими зарядовыми разбалансами. При том, что вода кишит зарядовыми разбалансами, её низкая электропроводность обусловлена тем, что эти зарядовые разбалансы являются короткоживущими [14].

Развивая эти представления, можно допустить, что диэлектрическое ослабление внешнего электрического поля в чистой воде обусловлено не индуцированием зарядовых разбалансов, которыми она и так кишит, а сдвигом обеспечиваемого ими зарядового равновесия – которое, будучи невозмущённым, даёт, в среднем, нулевой объёмный заряд. Если верны наши представления [14] о том, что у продуктов диссоциации молекул жидкой воды, в невозмущённом состоянии, величины зарядовых разбалансов равны, с соответствующим знаком, элементарному электрическому заряду, то сдвиг зарядового равновесия возможен лишь за счёт уменьшения величин тех или иных зарядовых разбалансов. А именно: положительный объёмный заряд в чистой воде может быть обеспечен уменьшением величин отрицательных зарядовых разбалансов у радикалов ОН, а отрицательный объёмный заряд – уменьшением положительных зарядовых разбалансов у атомов Н.

В таком случае, не требуется подвижек заряженных частиц вещества в чистой воде, чтобы обеспечить в ней равновесное неравномерное распределение зарядов, как отклик на локальное изменение электрического потенциала – что, на наш взгляд, и демонстрируют наши опыты. Подчеркнём, что равновесное распределение зарядов в воде является результатом усреднения по времени, поскольку образующие его зарядовые разбалансы являются короткоживущими, обновляясь за характерные времена  ~10-11 с. Здесь мы усматриваем причину того, что на частотах ~1010 Гц начинается быстрое уменьшение диэлектрической проницаемости воды (см., например, [10]): на этих частотах равновесное распределение зарядовых разбалансов уже не успевает устанавливаться.

 

Заключение.

Мы не претендуем на открытие того, что по линии из дистиллированной воды могут передаваться электрические импульсы. Как нам стало известно, ещё в 70-х годах прошлого века серийно выпускался высокочастотный источник питания ВИП-3, в котором обмотка дросселя на промышленную частоту 13.56 МГц была выполнена пластиковым шлангом, заполненным дистиллированной водой – поскольку металлические проводники плохо работают на высоких частотах.

Мы всего лишь проделали простые опыты по передаче электрических импульсов по линии из чистой воды, а также предложили качественную модель, объясняющую эту передачу. Очевиден большой практический недостаток такой передачи электрических импульсов – сильное уменьшение их амплитуды при увеличении длины линии. Но мы обращаем внимание на сам факт передачи электричества по диэлектрической однопроводной линии – без переноса вещества и, соответственно, без потерь на джоулево тепло. Насколько нам известно, на сегодня этот факт можно объяснить лишь на основе концепции зарядовых разбалансов.

 

Автор благодарит О.Ю.Пивовара – за техническую поддержку и полезное обсуждение.

 

 

Ссылки.

 

1.                        А.А.Гришаев. Книга «Этот «цифровой» физический мир». М., 2010. – Доступна на данном сайте.

2.                        А.А.Гришаев. Зарядовые разбалансы в «нейтральных» атомах. – Доступна на данном сайте.

3.                        А.А.Гришаев. Новый взгляд на химическую связь и на парадоксы молекулярных спектров. – Доступна на данном сайте.

4.                        А.А.Гришаев. Зарядовые разбалансы – отличительный признак валентных электронов. – Доступна на данном сайте.

5.                        А.А.Гришаев. Металлы: нестационарные химические связи и два механизма переноса электричества. – Доступна на данном сайте.

6.                        А.А.Гришаев. Новый взгляд на электрические и оптические явления в полупроводниках. – Доступна на данном сайте.

7.                        А.А.Гришаев. Новая модель электрического пробоя твёрдых диэлектриков. – Доступна на данном сайте.

8.                        А.А.Гришаев. Переключаемые химические связи в комплексных соединениях и феномен сегнетоэлектричества. – Доступна на данном сайте.

9.                        А.А.Гришаев. Отсутствие свободного движения электронов в ВТСП-керамике. – Доступна на данном сайте.

10.                     Веб-ресурс  http://biobib.ru/index.php/voda/magnitnie-svoiestva-vodi/dielektricheskie-svoiestva-vodi.html

11.                     Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К.Кикоина. М., «Атомиздат», 1976.

12.                     Видео «Эпизод Б. Электрические импульсы – по линии из дистиллированной воды». -  http://newfiz.info/films/films.htm

13.                     Д.Эйзенберг, В.Кауцман. Структура и свойства воды. Л., «Гидрометеоиздат», 1975.

14.                     А.А.Гришаев. Новый взгляд на структуру и аномальные свойства воды. – Доступна на данном сайте.

 

Источник:  http://newfiz.info

Поступило на сайт: 09 февраля 2014.