Юный техник, 2012 № 11 - Журнал «Юный техник»

Выяснилось, что каждый киловатт энергии, подведенной к насосу, приносил в бак 1,15 киловатта тепла!

Ученые начали искать объяснения феномена и вместе с Григгсом изучать все тонкости процесса. А бизнесмены занялись своим делом: есть помпа, создающая избыточную энергию, она может дать 15 % избыточного тепла, а если постараться — то даже 60 %! Так почему бы не применить ее для отопления домов? И помпы — их стали называть вихревыми насосами — поступили в продажу.

А дальше началось что-то странное. Одни покупатели отмечали значительную экономию энергии, а другие жаловались, что толку от покупки нет. В чем же дело?

Возможно, разгадку нашли недавно на одном из московских автосервисов. Стоит он на отшибе, отапливать помещение и подогревать воду для мойки автомобилей здесь можно только при помощи электричества. Нужно его немало, и владельцы, заботясь об экономии, приобрели вихревой генератор.

В первый год экономии не получилось, а люди на станции мерзли. Тогда решили добавить к системе отопления бак с обычным электронагревателем, а вихревой генератор использовать как насос, способный к тому же давать тепло. И тут-то начались приятные чудеса.

Во-первых, на станции стало жарко, во-вторых, КПД превысил 100 % — где-то стало появляться избыточное тепло! Но где?

Прошлись по всей цепочке от мотора вихревого генератора до ТЭНа и всех батарей, нагревающих помещение, и вот что заметили. Прежде всего, «чудеса» начинаются лишь тогда, когда в вихревой генератор подается вода с температурой не ниже 65 °C. После него она становится белой, как молоко, и поступает в цепочку батарей.

Обычно температура воды от батареи к батарее снижается примерно на 5 градусов, но, когда включили вихревой генератор и послали в сеть отопления подогретую воду, началось нечто удивительное. Пройдя через первую батарею, вода нисколько не понизила свою температуру. Пройдя через вторую, не остыла, а стала по чему-то еще горячее. Лишь после третьей батареи вода снова остыла до 65 °C и при этом стала прозрачной.

А дальше все пошло как положено: после каждой батареи вода становилась на 5 градусов хллоднее. Более того, если эту воду пропускали по кругу второй раз, излишнего тепла уже не получали. Зато если добавляли свежей, эффект повторялся. Так чем же свежая вода отличается от «отработанной»?

Исследуя воду при помощи рентгеновских лучей, ученые обнаружили, что в ней содержатся упорядоченные структуры, напоминающие структуры кристалла. Наиболее часто среди них встречаются кольцеобразные структуры, состоящие из 6 или 8 молекул. При взбалтывании воды в помпе вихревого генератора эти структуры разрываются и начинают отдавать энергию, которая была затрачена природой на создание этих структур.

Каждый литр воды давал при этом столько же дополнительной энергии, сколько дают при сгорании 15 грамм бензина. Не так уж мало!

На что потом годится вода, прошедшая через вихревой генератор? Она испарится, восстановит за счет энергии Солнца свою структуру и, выпав на землю дождем или снегом, снова попадет в трубы и сможет вновь отдавать запасенную энергию. А чтобы ее извлечь, по-видимому, не обязательно покупать дорогой вихревой генератор. Это можно сделать, прокачивая нагретую до 65 °C воду обычным насосом через небольшое отверстие.

А. ИЛЬИН

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Генератор прямоугольных импульсов

При налаживании радиолюбительских конструкций бывает очень полезен источник испытательного сигнала. Им можно проверить телефоны или громкоговоритель, найти неисправный каскад, оценить вносимые искажения.

Такое средство есть — это генератор сигналов звуковой частоты.

Однако создание звукового генератора, вырабатывающего синусоидальный сигнал, дело непростое и довольно кропотливое, особенно в части налаживания. Дело в том, что любой генератор содержит, по крайней мере, два элемента: усилитель и частотнозависимую цепь, определяющую частоту колебаний.

Обычно она включается между выходом и входом усилителя, создавая положительную обратную связь (ПОС). В случае ВЧ-генератора все просто — достаточно усилителя на одном транзисторе и колебательного контура, определяющего частоту. Для диапазона звуковых частот наматывать катушку сложно, да и добротность ее получается низкой. Поэтому для диапазона звуковых частот используют RC-элементы — резисторы и конденсаторы. Они довольно плохо фильтруют основную гармонику колебаний, и потому синусоидальный сигнал оказывается искаженным, например, ограниченным по пикам. Для устранения искажений применяют цепи стабилизации амплитуды, поддерживающие низкий уровень генерируемого сигнала, когда искажения еще незаметны.

Именно создание хорошей стабилизирующей цепи, не искажающей синусоидальный сигнал, и вызывает основные трудности.

Эти проблемы отсутствуют в релаксационных RC-генераторах, где усилительные транзисторы работают в ключевом режиме — они либо открыты, либо закрыты. Амплитуда генерируемого сигнала в таких генераторах очень стабильна и близка к напряжению питания. Но форма колебаний весьма далека от синусоидальной — сигнал получается импульсным, причем длительность импульсов и пауз между ними легко регулируется. Импульсам легко придать вид меандра, когда длительность импульса равна длительности паузы между ними.

Основной и широко распространенный вид релаксационного генератора — симметричный мультивибратор на двух транзисторах, схема которого показана на рисунке 1.

В нем два стандартных усилительных каскада на транзисторах VT1 и VT2 соединены в последовательную цепочку, то есть выход одного каскада соединен со входом другого через разделительные конденсаторы С1 и С2. Они же определяют и частоту генерируемых колебаний F, точнее, их период Т. Напомню, что период и частота связаны простым соотношением F = 1/T. Если схема симметрична и номиналы деталей в обоих каскадах одинаковы, то и выходное напряжение имеет форму меандра.

Работает генератор так: сразу после включения, пока конденсаторы С1 и С2 не заряжены, транзисторы оказываются в «линейном» усилительном режиме, когда резисторами R1 и R2 задается некоторый малый ток базы, он определяет в Вст раз больший ток коллектора, и напряжение на коллекторах несколько меньше напряжения источника питания за счет падения напряжения на резисторах нагрузки R3 и R4.

При этом малейшие изменения коллекторного напряжения (хотя бы из-за тепловых флуктуации) одного транзистора передаются через конденсаторы С1 и С2 в цепь базы другого.

Предположим, что коллекторное напряжение VT1 чуть-чуть понизилось. Это изменение передается через конденсатор С2 в цепь базы VT2 и немного его запирает.

Коллекторное напряжение VT2 возрастает, и это изменение передается конденсатором С1 на базу VT1, он отпирается, его коллекторный ток возрастает, а коллекторное напряжение понижается еще больше. Процесс происходит лавинообразно и очень быстро.

В результате транзистор VT1 оказывается полностью открыт, его коллекторное напряжение будет не более 0.05…0.1 В, a VT2 — полностью заперт, и его коллекторное напряжение равно напряжению питания. Теперь надо ждать, пока перезарядятся конденсаторы С1 и С2 и транзистор VT2 приоткроется током, текущим через резистор смещения R2. Лавинообразный процесс пойдет в обратном направлении и приведет к полному открыванию транзистора VT2 и полному запиранию VT1. Теперь нужно ждать еще полпериода, нужные для перезарядки конденсаторов.

Время перезарядки определяется напряжением питания, током через резисторы R1, R2 и емкостью конденсаторов C1, С2.

При этом говорят о «постоянной времени» цепочек R1, С1 и R2, С2, примерно соответствующей периоду колебаний. Действительно, произведение сопротивления в омах на емкость в фарадах дает время в секундах. Для номиналов, указанных на схеме рисунка 1 (360 кОм и 4700 пФ), постоянная времени получается около 1,7 миллисекунды, что говорит о том, что частота мультивибратора будет лежать в звуковом диапазоне порядка сотен герц. Частота повышается при увеличении напряжения питания и уменьшении номиналов R1, С1 и R2, С2.

Описанный генератор весьмн неприхотлив: в нем можно использовать практически любые транзисторы и изменять номиналы элементов в широких пределах. К его выходам можно подключать высокоомные телефоны, чтобы услышать звуковые колебания, или даже громкоговоритель — динамическую головку с понижающим трансформатором, например абонентский трансляционный громкоговоритель. Так можно организовать, например, звуковой генератор для изучения азбуки Морзе. Телеграфный ключ ставят в цепи питания, последовательно с батареей.

Поскольку два противофазных выхода мультивибратора в радиолюбительской практике нужны редко, автор задался целью сконструировать более простой и экономичный генератор, содержащий меньше элементов.