Андреев Е.И. Основы естественной энергетики

Подождите немного. Документ загружается.

101

ти окружающих ее соседей. При этом одновременно моле-

кула взаимодействует только с одним соседом. Для газооб-

разного вещества – это ближний, первый, ряд соседей; в

жидком и твердом веществе имеет место дальнодействие,

которое удерживает молекулу в пределах глобулы, а глобу-

лу в пределах кристаллической решетки. Это электродина-

мическое взаимодействие, которое подробно расписано в

/3/, обеспечивает взаимное притяжение молекул за счет их

разноименных электрических полей. Обмен импульсами

двух одинаковых молекул газа в одном акте взаимодействия

приводит к их разлету с некоторой скоростью для соверше-

ния ими таких же актов взаимодействия с другими своими

соседями.

То же самое происходит при встрече молекулы газо-

образного или жидкого рабочего вещества с твердым веще-

ством катализатора. А именно, в акте взаимодействия моле-

кулы рабочего вещества с молекулой катализатора на пер-

вую действуют силы притяжения между ними, а также,

вследствие дальнодействия, еще и силы от других молекул

катализатора, что существенно увеличивает динамический

разгон рабочей молекулы по направлению к катализатору.

Более того, в отличие от молекулы газа, молекула твердого

вещества не вращается, а только колеблется. Поэтому летя-

щая (в пределах своей глобулы) к катализатору молекула

газа не встречает отталкивания противоположно заряжен-

ных полей. Электрическое поле стабилизирует полет моле-

кулы газа по направлению к мишени-катализатору: молеку-

ла газа, как и в любом акте электродинамического взаимо-

действия, прекращает свое вращение и, в данном случае,

летит по наикратчайшему пути. Все это способствует ее ус-

коренному полету к мишени, усилению ударных нагрузок

при встрече с ней и – разрушению самой молекулы. При

этом, как было сказано выше, остальные соседи-молекулы

102

рабочего вещества не мешают, не препятствуют разгону

молекулы, так как заняты своими личными делами – актами

взаимодействия с другими своими соседями. Сила притя-

жения увеличивается обратно пропорционально квадрату

расстояния и пропорционально произведению разноимен-

ных зарядов, взаимодействующих тел /3/. Если учесть, что

нормальная скорость движения молекул, например, воздуха,

при их взаимодействии имеет порядок 10

м/с, то при сбли-

жении с катализатором она многократно и резко увеличива-

ется, что приводит к удару и мгновенному гашению скоро-

сти. Это в высшей степени ярко выраженная нелинейность

очень похожа на график изменения энергии, например, ка-

витационного пузырька в жидкости. В обоих случаях энер-

гия, пропорциональная квадрату скорости, как бы накачива-

ется постепенно, а затем внезапно разом высвобождается,

что, в соответствии с третьим законом Исаака Ньютона

(Действие равно противодействию – третий закон Ньютона.

При этом Ньютон поясняет, что действие – это произведе-

ние силы действия на скорость действия, а противодействие

– это произведение силы реакции на скорость реакции. По-

этому третий закон имеет вид

2211



FF 

. Очевидно, что

малая скорость реакции (скорость звука) вызывает большую

силу реакции за счет большой скорости действия, способ-

ную разрушить молекулу вещества. (Русский перевод труда

И.Ньютона "Математические начала натуральной филосо-

фии", 1915 г., с.52; выполнен А.Н.Крыловым) приводит к

возникновению больших сил, разрушающих молекулу ра-

бочего вещества не только на атомы, но даже, возможно, на

нуклоны, из которых атомы состоят, так как энергия связи

нуклонов в атоме примерно на 14 порядков меньше энергии

связи элементарных частиц в нуклоне /3/.

Естественно, что рекомбинация атомов, и тем более

нуклонов, в продукты реакции в присутствии катализатора

103

имеет меньший активационный барьер, чем рекомбинация

молекул, что не только обеспечивает реакцию, которая без

катализатора вообще не идет, и ускоряет ее, но и исключает

повышенную энергетическую напряженность в зоне реак-

ции. Так, известно, что соединение водорода с кислородом

на платине происходит при обычной комнатной температу-

ре, без пламени свечения.

Как видно, механизм катализа, в конечном счете, за-

ключается в разрушении молекул рабочего вещества и

взаимодействии их более мелких частей: атомов, осколков и

даже нуклонов для образования продуктов реакции. Ника-

кой цепной реакции здесь не просматривается.

Также видно, что катализатор при этом не расходуется,

так как не разрушается (если бы разрушался и расходовался,

то это уже был бы не катализатор).

Теперь, разобравшись с механизмом катализа, можем

предъявить требования к катализатору и четко определить

химические элементы, которые им могут быть. Итак, моле-

кулы катализатора должны быть более прочными, чем мо-

лекулы всех остальных веществ. Поскольку избыточный

заряд молекул газов и некоторых других рабочих веществ,

как правило, положительный, то избыточный заряд катали-

затора должен быть противоположным – отрицательным

для усиления притяжения. Молекулы катализатора должны

быть соединены (электрическими силами) в единую мас-

сивную систему (кристаллическую решетку) для уменьше-

ния отдачи при ударе и увеличения силы, разгоняющей и

разрушающей молекулу рабочего вещества. Не так уж и

много требований к катализатору: прочность, заряд, мас-

сивность.

Легкие и структурно непрочные молекулы не могут

служить катализатором, так как не обеспечат разрушения

молекул рабочего вещества и сами могут разрушиться,

104

демпфировать удар, вступить в реакцию и выбыть из игры.

Наиболее прочной геометрической формой тел является

сфера (шар). Она также соответствует природному принци-

пу минимума поверхностной энергии, как в каплях воды –

наименьшей энергии поверхностного натяжения.

Этот принцип характерен также – для атомов вещест-

ва. Зная площадь сферы

4 RS





и расчетный диаметр ну-

клонов

1d

, из которых она образована, можем найти их

количество и, соответственно, атомную массу и само веще-

ство катализатора. Известно, что самая малая сфера

(

1 dR

) содержит 12 шаров (нуклонов):









Вторая сфера, охватывающая первую, состоит из









нуклонов.

Третья сфера, охватывающая вторую, состоит из

108









нуклонов. И четвертая сфера – из

19 2









нуклонов. Согласно периодиче-

ской системе элементов и полученному результату катали-

заторами могут быть следующие вещества:

1) сфере из 12-ти нуклонов и атомной массе 12 а.е.м. со-

ответствует углерод

;

2) сфере из

n

соответствует титан

;

3) двум первым вложенным одна в другую сферам

604812

 nn

соответствует кобальт

)60(59

Со

, а так-

же, в меньшей мере, железо

и медь

;

105

4) трем вложенным одна в другую сферам соответст-

вует больше гафний

178

;

5) отдельно третьей сфере

108

n

соответствует

палладий

106

;

6) поскольку масса вложенных четырех сфер из нукло-

нов выходит за рамки периодической системы, то остается

сама четвертая сфера с

192

n

нуклонами. Ей соответству-

ют осмий

192

, а также – иридий

193

и платина

195

Итак, из довольно простой по разрешению, но слож-

ной для понимания в рамках традиционной физико-химии,

посылки мы получили сразу перечень катализаторов и те-

перь знаем, как они действуют.

Большинство катализаторов являются металлами. Это

соответствует требованию избыточности отрицательного

заряда в них. Углерод, хотя и не является металлом, но со-

вокупность его положительно заряженных атомов образует

систему, скрепленную отрицательно заряженными электро-

нами и имеющую в целом избыточный отрицательный за-

ряд. Эта массивная система также соответствует всем тре-

бованиям, предъявляемым к катализаторам. То есть углерод

также может быть катализатором при соответствующих ус-

ловиях, например: осаждение на металлических поверхно-

стях в силу противоположного заряда и образование мас-

сивной цепной системы совокупности атомов углерода.

С пониманием механизма катализа также становится

понятным принцип упрочения поверхности нанесением, на-

пример, углерода, платины…, имеющих прочные сфериче-

ские, соединенные электрическими силами молекулы.

Сферическую структуру могут иметь молекулы инерт-

ных газов, так как в них нет свободных электронов (связи),

а структурные электроны в нуклонах атома связаны, заняты

конструкцией; их заряды компенсированы противополож-

106

ными, поэтому избыточный заряд мал и близок к нулю –

именно отсюда их инертность. В отличие от металлов моле-

кулы газов бешено вращаются, поэтому они не могут иметь

точно сферическую форму, а имеют – сфероидную, поверх-

ность которой меньше сферической и, соответственно,

меньше нуклонов в атоме по сравнению со сферическими.

Интересно, что величина уменьшения числа нуклонов как

отношение их в ближайшей по размеру сфере к их числу в

сфероиде для большинства инертных газов примерно оди-

накова:

– для аргона

5,1



;

– для криптона

35,1

108



;

– для ксенона

132

6,1

132

192



;

– для радона

 

222

6,1

222

360



(360 нуклонов – в 4-х

сферах);

– и только для неона

4,2



– эта величина

больше остальных.

Выпадение неона из общего порядка показывает, что

наряду с VIII группой есть еще IV-я группа периодической

системы элементов, куда уже попали углерод и гафний как

возможные катализаторы. Для других элементов IV группы:

232

– количество нуклонов в их сферическом

атоме определяется аналогично описанному выше при

5,2;5,1r

Итак, новые представления о строении вещества по-

зволяют впервые понять механизм катализа и связанные с

этим различные аспекты науки и техники, в том числе, ус-

107

ловия подбора и работы катализаторов, физический смысл

упрочнения материалов углеродом и другими веществами,

структуру и характеристики инертных газов и т.д.

В состав возможных катализаторов, как видно, входят

металлы VIII группы и (некоторые) элементы IV группы

периодической системы, имеющие сферическую форму

атомов. То есть разбивка веществ по группам и периодам

отражает не только нарастание массы атомов и изменение

известных свойств, но и – регулярность изменения и перио-

дичность повторения структуры (формы) атомов, в том чис-

ле, сферической, существенно влияющей и во многом опре-

деляющей свойства элементов.

2. Азотный термодинамический цикл работы

двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются наи-

более массовыми энергосиловыми установками. Поэтому

кажется естественным, что именно в ДВС впервые были

получены режимы работы, соответствующие азотной реак-

ции. Это были двигатели гоночных машин и мотоциклов, на

которых вдруг мощность (и скорость) существенно росла

при том же, или даже при меньшем расходе топлива. На

выхлопе содержание азота и углекислого газа было сниже-

но, а доля водяного пара существенно повышена. Несмотря

на более чем двадцатилетний период единично-

индивидуальной настройки серийных легковых автомоби-

лей на азотную реакцию, до сих пор нет даже демонстраци-

онного образца, а результаты – для нескольких десятков

машин – весьма нестабильны. Это можно объяснить отсут-

ствием до недавнего времени теории, да еще в соединении

со сложностями практики.

Лучшие образцы автомобилей ездят с настройкой на

азотную реакцию 10…11 лет. Расход топлива снижен до

108

5…6 раз. Легкое топливо может быть заменено более тяже-

лым, вплоть до дизтоплива и керосина. Улучшаются дина-

мические характеристики (разгон…). Отмечается бесшум-

ная и более мягкая работа двигателя, снижение температу-

ры охлаждающей жидкости.

Рассмотрим рабочий процесс (с азотной реакцией) на

примере карбюраторного двигателя, так как примеры для

дизельного и инжекторного двигателей отсутствуют. Итак,

по окончании выпуска газов и продувки происходит всасы-

вание топливовоздушной смеси в цилиндр двигателя при

движении поршня вниз. Затем на такте сжатия при движе-

нии поршня вверх происходит повышение температуры и

давления смеси в цилиндре двигателя. При некотором угле

опережения зажигания штатно включается свеча и под дей-

ствием электрического разряда (искры) происходит воспла-

менение смеси.

Далее следует описать необычности. Угол опережения

зажигания устанавливается на 40

…50

до верхней мертвой

точки (ВМТ) поршня. В нормальных двигателях это приве-

ло бы к стукам, поломкам или обратному ходу поршня. В

азотном двигателе, если его так можно назвать, этого не

происходит по следующим причинам. Под действием ката-

лизатора, электрического разряда, электромагнитного им-

пульса, параметров смеси, в плазме воспламенившейся сме-

си начинается азотная реакция: распад азота, кислорода и

взаимодействие с ними электронов – генераторов энергии.

При этом часть водяного пара конденсируется на стенках

цилиндра, что уменьшает объем и давление парогазовой

смеси в цилиндре. Направленное от стенки к центру (оси)

цилиндра испарение влаги снижает и температуру в цилин-

дре. В то же время азотная реакция в микрозонах, особенно

вблизи стенок цилиндра должна идти, так как катализатор

имеется только на стенках. Образование мелкодисперсного

109

твердого графита также уменьшает первоначальный объем

газа и давление. То есть давление и температура должны

достаточно резко снизиться, чтобы поршень преодолел угол

опережения до ВМТ без препятствий. Кстати как такового

электрического разряда, в принципе, не надо, так как доста-

точно электромагнитного импульса: были случаи, когда

двигатель начинал работать при снятых проводах зажига-

ния. При отсутствии искры не происходит и обычного вос-

пламенения топливовоздушной смеси – это тоже оказывает-

ся лишним, так как топливо просто расщепляется под дей-

ствием катализатора и электромагнитного импульса, как и

молекулы воздуха.

Относительно холодная газовая среда в цилиндре дви-

гателя при движении поршня от ВМТ вниз на следующем

такте – расширении понижает давление, что, как мы знаем,

способствует распаду молекул. И при некотором наиболее

эффективном разрежении – вакууме в цилиндре опять про-

исходит расщепление оставшейся части азота, кислорода,

топлива под действием катализатора, который никуда из

цилиндра не делся, и – электромагнитного импульса от

штатной индукционной катушки. То есть возникает и вы-

полняется азотная реакция с выделением энергии. Работа

индукционной катушки на такте расширения предназначена

для производства искры в другом цилиндре, но электромаг-

нитный импульс (ЭМИ) от катушки распространяется в этот

момент одновременно ко всем цилиндрам, в том числе, и в

рассматриваемый, где происходит такт расширения. По-

скольку такт расширения в энергетическом плане является

решающим, вносящим основной вклад в энергетику двига-

теля, то "угол опережения зажигания", который как бы ус-

танавливался для предыдущего такта – сжатия, на самом

деле автоматически устанавливается для ЭМИ на такте

расширения, и как "угол опережения зажигания" утрачивает

110

смысл. Индицирование двигателя позволило бы установить

все параметры. В связи с необходимостью разных углов по-

дачи ЭМИ для разных тактов в одном цилиндре, и – разные

для разных цилиндров в связи с неравномерностью, следует

устанавливать углы подачи ЭМИ для разных тактов и ци-

линдров – индивидуально.

За расширением следует такт выпуска выхлопных га-

зов, в котором большое значение имеют инжекторные вы-

хлопные системы, обеспечивающие вакуум на выпуске и

соответствующее увеличение съема энергии и улучшение

продувки и последующего наполнения – увеличения воз-

душного заряда в цилиндре. Все это увеличивает мощность

двигателя и снижает расход топлива.

В серийных двигателях со штатными вспомогатель-

ными системами вряд ли удастся вообще отказаться от топ-

лива, но, как следует из опыта, можно существенно умень-

шить его расход. При изменении вспомогательных систем, а

особенно цилиндрово-поршневой группы возможно вообще

избавиться от даже частичного использования органическо-

го топлива в ДВС.

2.1. Углерод в двигателях внутреннего сгорания

В условиях ядерной реакции частичного распада азота

воздуха, как указано выше, в цилиндре двигателя образует-

ся мелкодисперсный атомарный углерод С

. Будучи взве-

шенным в объеме газовой смеси углерод и сам ведет себя

как газ, образуя, и это известно из химии, молекулу из двух

атомов, соединенных двумя электронами связи. Каждый из

двух электронов в виде электрона сопровождения взамен

одного структурного электрона находится при электропо-

ложительном атоме углерода, компенсируя заряд почти до

нуля и обеспечивая химическую инертность. Углерод на-