Магнетрон — это мощный электронный прибор, генерирующий микроволны при взаимодействии потока электронов с электрической составляющей поля СВЧ в пространстве, где постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному электрическому полю[1].
В 1912 году швейцарский физик Генрих Грейнахер изучал способы вычисления массы электрона. Он собрал установку, в которой внутрь магнита был помещен электровакуумный диод с цилиндрическим анодом вокруг стержневидного катода. Ему не удалось измерить массу электрона из-за проблем с получением достаточного уровня вакуума в лампе, однако в ходе работы были разработаны математические модели движения электронов в электрических и магнитных полях.[2][3]
Альберт Халл (США) использовал данные модели при попытках обойти патенты Western Electric на триод. Халл планировал использовать для управления потоком электронов между катодом и анодом изменяющееся магнитное поле вместо постоянного электрического. В исследовательских лабораториях General Electric (Schenectady, New York) Халл создал лампы, переключавшие режим через изменение соотношения магнитных и электрических полей. В 1921 он предложил термин магнетрон, опубликовал несколько статей и получил патенты.[4] Магнетрон Халла не был предназначен для получения высокочастотных электромагнитных волн. В 1924 чехословацкий физик А. Жачек[5] и германский физик Эрих Хабан (Erich Habann, Йенский университет) независимо обнаружили возможность генерации магнетроном дециметровых волн (порядка 100 МГц - 1 ГГц).
В 20-е годы исследованиями в области генерирования СВЧ-колебаний с применением магнитных полей занимались также А. А. Слуцкин и Д. С. Штейнберг (1926—1929, СССР), К. Окабе и Х. Яги (1928—1929, Япония), И. Ранци (1929, Италия).
Действующие магнетронные генераторы радиоволн были созданы независимо и почти одновременно в трёх странах: в Чехословакии (Жачек, 1924 г.), в СССР (А. А. Слуцкин и Д. С. Штейнберг, 1925 г.), в Японии (Окабе и Яги, 1927 г.).
К 1936-1937 году мощность генераторов на базе магнетрона была повышена в несколько раз (до сотен Вт на волне с длиной 9 см) путём создания многорезонаторного магнетрона (с использованием массивного медного анода с несколькими резонаторами и охлаждением; М. А. Бонч-Бруевич, Н. Ф. Алексеев, Д. Е. Маляров)[6][7].
Французский учёный Морис Понт с сотрудниками из парижской фирмы «КСФ» в 1935 году создали электронную лампу с вольфрамовым катодом, окружённым резонаторными анодными сегментами. Она была предшественницей магнетронов с резонаторными камерами.
Конструкция многорезонаторного магнетрона Алексеева — Малярова, обеспечивающего 300-ваттное излучение на волне 10 сантиметров, созданного в 1936-39 гг., стала известна мировому сообществу благодаря публикации 1940 г. (Alexeev Н. F., Malyarov Д. Е. Getting powerful vibrations of magnetrons in centimeter wavelength range // Magazine of Technical Physics. 1940. Vol. 10. No. 15, P. 1297—1300.)
Своим появлением на свет многорезонаторный магнетрон Алексеева — Малярова обязан радиолокации. Работы по радиолокации были развернуты в СССР почти одновременно с началом радиолокационных работ в Англии и США. По признанию зарубежных авторов, к началу 1934 года СССР продвинулся в этих работах более, чем США и Англия. (Brown, Louis. A Radar History of World War II . Technical and Military Imperatives. Bristol: Institute of Physics Publishing, 1999. ISBN 0-7503-0659-9.)
В 1940 британские физики Джон Рэндалл и Гарри Бут (англ. Harry Boot) изобрели резонансный магнетрон[8]. Новый магнетрон давал импульсы высокой мощности, что позволило разработать радар сантиметрового диапазона. Радар с короткой длиной волны позволял обнаруживать более мелкие объекты[9]. Кроме того, компактный размер магнетрона привёл к резкому уменьшению размеров радарной аппаратуры[10], что позволило устанавливать её на самолетах[11].
В 1949 году в США инженерами Д. Уилбуром и Ф. Питерсом были разработаны методы изменения частоты магнетрона с помощью управления напряжением (прибор "митрон" - mitron).[12][13]
Начиная с 1960-х годов магнетроны получили применение в СВЧ-печах для домашнего использования[14].
Магнетроны могут работать на различных частотах от 0,5 до 100 ГГц, с мощностями от нескольких Вт до десятков кВт в непрерывном режиме, и от 10 Вт до 5 МВт в импульсном режиме при длительностях импульсов главным образом от долей до десятков микросекунд.
Магнетроны обладают высоким КПД (до 80 %).
Магнетроны бывают как неперестраиваемые, так и перестраиваемые в небольшом диапазоне частот (обычно менее 10 %). Для медленной перестройки частоты применяются механизмы, приводимые в движение рукой,
ru-wiki.ru
В предыдущих статьях мы выяснили, что магнетрон является весьма сложным электронным компонентом микроволновой печи и состоит из довольно большого количества деталей. Всем известно, что чем сложнее устройство, тем меньше его надежность. Работа любого сложного устройства в целом, зависит от исправности каждой отдельно взятой детали, которая входит в состав этого устройства. Следовательно – чем больше деталей содержит устройство, тем больше неисправностей может возникнуть в нем. В этой статье, рассмотрим наиболее распространенные неисправности магнетрона. Но прежде чем мы начнем, хочу напомнить вам о соблюдении необходимых мер безопасности при ремонте микроволновых печей.
Перед тем как, вскрыть кожух печи, обязательно отключите ее от питающей сети. После того как вы снимите кожух, разрядите высоковольтный конденсатор. Для этого отверткой с хорошо изолированной ручкой замкните вывод конденсатора, к которому присоединен высоковольтный диод, на корпус печи!
У каждой вещи, будь то электроприбор или какой то механизм, есть свой срок годности и ресурс работы. В нашем мире нет ничего вечного и магнетрон не исключение. Ресурс работы магнетрона напрямую зависит от режима его эксплуатации. Чем интенсивнее работает микроволновая печь, тем меньше прослужит магнетрон. В процессе долгой эксплуатации магнетрон «стареет и изнашивается», в результате возникает такая неисправность, как потеря эмиссии катода, т.е. область катода со временем истощается, и он теряет способность эмитировать электроны в рабочую область, из-за чего магнетрон и перестает работать. Вторая неисправность, которая может возникнуть в процессе долгой эксплуатации – это обрыв нити накала. В этом случае можно привести в пример обычную лампу накаливания, сколько бы она вам не светила, рано или поздно, все равно перегорит. В результате обрыва нити накала, возникает приблизительно та же ситуация, что и в первом случае. Катод не подогревается, следовательно – нет эмиссии. Эти две неисправности часто встречаются на практике, а если рассуждать теоретически, то можно предположить возникновение третьей неисправности в результате продолжительной эксплуатации печи – это выход из строя магнитной системы магнетрона. В случае неисправности магнитной системы электроны будут просто лететь от катода к аноду, не будут «кружить» вдоль поверхности анода и СВЧ колебаний в резонаторах не возникнет. На практике, именно в магнетронах мне такое не встречалось, но встречалось в других устройствах содержащих постоянные магниты. От времени или под воздействием внешних факторов, постоянный магнит может терять свои свойства (размагничиваться).
Как проверить работоспособность магнетрона? В случае с обрывом нити накала, все очень просто – надо взять обычный тестер, переключить его в режим измерения сопротивления (желательно в один из первых), и коснуться щупами клемм питания магнетрона, предварительно отсоединив хотя бы одну из них от цепи питания. В случае исправности нити накала, тестер покажет сопротивление порядка 2 – 3 Ома, практически короткое замыкание (верхний рисунок). Если же нить оборвана, то прибор покажет «бесконечность», т.е. никак не отреагирует на прикосновение щупов к клеммам магнетрона. Но не спешите выкидывать такой магнетрон. Что бы убедиться в обрыве до конца, аккуратно снимите крышку фильтра магнетрона и убедитесь в том, что катушки фильтра надежно соединяют клеммы питания с проходными конденсаторами и выводы магнетрона. Часто бывает так, что из-за не качественной сварки, одна из катушек отрывается от вывода проходного конденсатора или от вывода магнетрона (на нижнем рисунке места возможного разрыва обозначены желтыми стрелками). Такой магнетрон еще можно восстановить, не тратя денег на новый.
Что касается потери эмиссии, то здесь лучше всего применить метод замены на заведомо исправный магнетрон. Но прежде, чем менять, нужно убедиться в наличии всех питающих напряжений.
Еще одной очень распространенной неисправностью магнетрона, является пробой проходных конденсаторов фильтра магнетрона. Проверить это, то же просто, тем же тестером. В режиме измерения сопротивления нужно коснуться щупами прибора одной из клемм питания магнетрона и его корпуса. Если прибор покажет «бесконечность» — конденсаторы исправны (нижний рисунок). Если прибор покажет хоть какое то сопротивление, значит, один из конденсаторов пробит или в утечке. При наличии других исправных конденсаторов, их можно просто заменить, если нет, то лучше заменить магнетрон на заведомо исправный.
Отдельно хотелось бы сказать о питающем напряжении. Дело в том, что магнетрон запитан от не стабилизированного источника питания и если в сети упало напряжение, значит, упадет и напряжение накала, необходимое для оптимального разогрева катода магнетрона – следовательно, эмиссия будет слабее, и магнетрон не будет развивать нужной мощности. Так же упадет и анодное напряжение, необходимое для создания электрического поля между катодом и анодом. При низком питающем напряжении печь будет греть слабо или вообще не будет работать. Так, что если ваша печь вдруг, почему-то перестала разогревать вам ваши котлеты – не лезьте сразу внутрь. Для начала измерьте напряжение в сети и если оно намного ниже номинала — то печь тут не причем.
В следующей статье более подробно остановимся на диагностике неисправностей магнетрона и цепей его питания.
yourmicrowell.ru
«ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ» В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ ИЛИ «ВНОВЬ О МАГНЕТРОНЕ»
В.И. Коробейников. Россия [email protected]
Прошел практически год со дня публикации статьи «Как правильно рассчитывать КПД «вечных двигателей». Статья вызвала очень много откликов. В них много удивления и нет достаточного понимания происходящего. Одним из самых главных «козырей» у оппонентов было то, что в типовых и очень популярных бытовых микроволновых печах магнетрон никак не демонстрирует того, что он является «вечным двигателем». Счетчик электроэнергии «видит» работающий магнетрон в микроволновых печах и очень хорошо «видит», показывая это своим быстрым вращением. Все это правильно. Именно так все и происходит. Вот отсюда и начинаются наиболее интересные и довольно непонятные вещи для оппонентов. Почему же магнетрон в бытовых микроволновых печках не демонстрирует того, что он является одним из самых древних РАБОТАЮЩИХ (с 1937 года) представителей «вечных двигателей» в официальной науке?
Для дальнейшего изложения материала необходимо вновь напомнить об основных принципах работы магнетрона.В работе магнетрона используется важный случай движения электронов при наличии двух полей — магнитного и электрического, перпендикулярных друг другу. Магнетрон представляет собой двухэлектродную лампу или диод, содержащий накаливаемый катод и холодный анод и помещаемый во внешнее магнитное поле. Отметим, что анод (анодный блок) магнетрона имеет довольно сложную монолитную конструкцию с системой резонаторов. Магнитное поле создается либо катушками с током (электромагнит), либо постоянным магнитом, между полюсами которого помещается магнетрон. Если бы магнитного поля не было, то электроны, вылетающие из катода практически без начальной скорости, двигались бы в электрическом поле вдоль прямых линий, перпендикулярных к катоду, и все попадали бы на анод. При наличии магнитного поля траектории электронов искривляются силой Лоренца. Если магнитное поле достаточно велико, то траектории электронов не пересекают плоскости анода. В этом случае ни один электрон не достигает анода. Траектории движения электронов в магнетроне изображены на Рис.1.
Траектория электрона есть циклоида, описываемая точкой, лежащей на окружности круга, равномерно катящегося по катоду. При прохождении циклоидного потока электронов мимо щелей резонаторов анодного блока, в них возбуждаются мощные электромагнитные СВЧ колебания. Высокочастотная энергия из прибора обычно выводится с помощью петли или отверстия связи, помещенных в периферийной части одного из резонаторов анодного блока. Отметим, что магнетрон разрабатывался как мощный генератор электромагнитных колебаний СВЧ диапазона. Вышеизложенное является лишь очень кратким напоминанием полной теории магнетрона, которая включает в себя практически всю электрофизику.
Итак, что же вызвало непонимание и недоверие к тому, что магнетрон является «вечным двигателем»? Наибольшее непонимание исходило от некоторых «профессионалов», эксплуатирующих магнетроны в радиолокационных станциях (РЛС). Это же относится и к большинству массовых пользователей бытовых СВЧ печей. При каких условиях магнетрон становится «вечным двигателем»? В том случае, когда выполняется равенство
U / B2 = q . ∆2 / 2m .
Это равенство = очень важно. Оно означает условия, когда электроны, вылетевшие из катода, не могут попасть на анод и, соответственно, замкнуть цепь анодного источника. Процесс идет, а закон Ома не работает (анодная цепь разомкнута). В большинстве приборов магнетроны работают в импульсном режиме. Что это значит? Это означает, что анодное напряжение на магнетроне импульсное, с определенным периодом, меняется от 0 до максимального значения и обратно. В бытовых СВЧ печках импульсное напряжение меняется от 0 до 2000-3000 вольт и обратно до 0. Импульсы идут с частотой 50 Герц. Будет равенство U / B2 = q . ∆2 / 2m выполняться? Нет, за исключением одной (двух) точек во время действия импульса.На Рис.2 показана схема включения магнетрона в бытовой СВЧ печи. На высоковольтном диоде пульсирующее (импульсное) напряжение, которое и подводится к магнетрону. Что при этом происходит? За время действия импульса напряжения происходит формирование электронно-плазменного облака-ротора в магнетроне и перезаряд высоковольтного конденсатора. Цепь анодного источника оказывается замкнутой (переходные процессы) и работает закон Ома. В бытовых импульсных СВЧ печах анодный ток достигает значений 0,3-0,5 Ампера.
Рис. 2. Схема включения магнетрона в бытовой СВЧ печке
Вот эти импульсные (переходные) процессы очень хорошо «видит» счетчик электроэнергии.Что надо сделать, чтобы равенство U / B2 = q . ∆2 / 2m постоянно выполнялось? Необходимо перевести работу магнетрона в режим непрерывной генерации. На аноде должно быть не пульсирующее напряжение, а постоянное и такой величины, чтобы равенство U / B2 = q . ∆2 / 2m выполнялось всегда. В этом случае цепь анодного источника окажется разомкнутой, (анодный ток отсутствует), и закон Ома перестанет выполняться. Очень интересная ситуация. Анодный источник работает на холостом ходу, а на выходе магнетрона генерируется СВЧ мощность. Поскольку закон Ома не работает, то счетчик электроэнергии перестает «видеть» работающий и выдающий на выход мощность (энергию) магнетрон. К примеру, у типовых магнетронов со штатными кольцевыми постоянными магнитами, применяемых в бытовых СВЧ печах, анодный ток (2-3 микроампера) появляется при постоянном (не пульсирующем) анодном напряжении 60-65 вольт. При таком значении анодного напряжения говорить о значительной величине «лишней» энергии на выходе неуместно. Такой анодный ток (2-3 мкА) должен появляться при анодном напряжениях в сотни и тысячи вольт. В этом случае на выходе будет мощность в сотни и более ватт. Магнитное поле, и очень большое, должно быть от постоянных магнитов. Электрическое поле - от внешнего источника, а он работает на «холостом ходу». Вот он, «вечный двигатель»!
Как все просто, да не простенько! Необходимо предостеречь читателей от дилетантского подхода в понимании происходящих процессов.Электронно-плазменное облако-ротор между анодом и катодом очень трудно рассасывается при отключении анодного источника напряжения. Что произойдет в электронно-плазменном роторе магнетрона при отключении анодного напряжения? Именно то, что и происходит в магнетроне при работе в импульсном режиме. Произойдут довольно большие изменения в электронно-плазменном роторе. Какие? Здесь предлагается самим читателям вспомнить или вновь изучить «Теорию движения заряженных частиц в электромагнитных полях». Еще раз напомним, что равенство (рабочая точка)
U / B2 = q . ∆2 / 2m
очень важное на функции-характеристике (Рис.1) магнетрона. Именно эта точка на функции и является для многих непреодолимым барьером в сознании, когда происходит перевод магнетрона из режима подчинения закону Ома в режим не подчинения закону Ома («вечный двигатель»). Усилению непреодолимости этого барьера часто помогает изложение материала и практические занятия по магнетрону в технических университетах. К примеру, в СпбГУ на кафедре «Радиофизики» есть прекрасная лабораторная работа №9 -«Исследование работы магнетронного генератора». В этой лабораторной работе магнетрон работает в импульсном режиме. Для получения (изменения) необходимых выходных параметров выставляется (изменяется) анодный ток магнетрона. Соответственно, изменяют и магнитное поле. Все прекрасно работает и не вызывает недоразумений. Как видим, вольно или невольно, но упор в лабораторной работе сделан на режим работы в положении левее точки равенства U / B2 = q . ∆2 / 2m. В лабораторной работе никак не акцентируется, что можно находиться и справа от этой точки равенства в режиме непрерывной генерации. Нахождение справа от этой точки равенства приведет к совершенно другой лабораторной работе: по исследованию магнетрона как «вечного двигателя». Уже этого одного примера достаточно, чтобы понять какую пропасть в сознании технических специалистов заложило равенство (рабочая точка) U / B2 = q . ∆2 / 2m.
У большинства авторитетнейших ученых мужей само понятие «вечный двигатель» вызывает в сознании гнев и отторжение как лженаучное понятие. Что это означает? Это означает, что они сами не очень глубоко разобрались с возможностями магнетрона, который может работать как «вечный двигатель».
С 1937 года практически уже третье поколение технических специалистов эксплуатирует магнетроны, а «лженаучная» ситуация в сознании так и не разрешилась. Здесь следует сделать сравнение магнетрона еще с одним «вечным двигателем» -генератор Серла, работающим с 1946 года. Двигающийся по циклоиде электрон здесь является элементарным магнитом, как виток-петля с током или магнитный ролик генератора Серла. Магнитные ролики в генераторе Серла имеют слишком много балласта по массе и габаритам. Это приводит к тому, что генераторы Серла (механический магнетрон) слишком громоздкие и тяжелые. Магнетрон избавлен от балласта в виде тяжелых и больших молекул магнитного материала, поскольку работает на «голых» электронах. Это очень удобно и выгодно. Равенство (точка) U / B2 = q . ∆2 / 2m косвенно связано и с генератором Серла. У магнетрона двигающийся по циклоиде электрон как магнит не должен нарушать указанное равенство. У генератора Серла уже готовые магниты (ролики) должны соблюдать такое же аналогичное электромагнитное равенство. Поэтому невозможно сделать миниатюрный «карманный» генератор Серла на современных магнитах, чтобы выполнялось это конструктивное равенство… но вернемся снова к магнетрону.
В ряде практических ситуаций от магнетрона как от «вечного двигателя» не всегда может требоваться большая СВЧ энергия. В таких случаях ее вообще можно не выводить из магнетрона за ненадобностью. А что же брать от магнетрона в таких случаях? Очень интересный «поворот». Практически любой магнетрон требует воздушного или водяного принудительного охлаждения анодного блока. Уже это указывает на то, какое огромное количество тепла выделяется на анодном блоке. Что мешает использовать это тепло для бытовых нужд? Мешает этому отсутствие на рынке таких магнетронных электронагревательных приборов. Что будет, если такой электронагревательный прибор включить в электрическую сеть? Электрическая сеть будет работать на холостом ходу, а счетчик электроэнергии не будет вращаться. Это только один из возможных вариантов использования магнетрона в непрерывном режиме («вечный двигатель») в качестве бытового электронагревательного прибора, который «отключает» счетчик электроэнергии.
В заключение вопросы ко всем читателям: «Появятся ли на рынке такие магнетронные электронагреватели и когда?» Кто в состоянии ответить на этот вопрос?
Автор ищет инвесторов и партнеров для развития экспериментов в данной области.
Комментарий macmep@lab:E-mail автора указан в начале статьи. К разработке данной темы мы не имеем отношения, поэтому вопросы, связанные с этим проектом нам присылать не следует. Мы безусловно попытаемся выйти на контакт с автором темы, особенно в свете последних событий, связанных с изменением климата, что особенно ярко проявилось нынешней зимой. Учитывая значительное подорожание электроэнергии в ближайшее время, вопрос отбора "бесплатного" тепла у магнетрона может стать очень актуальным на российском рынке. Вся дополнительная информация по этой теме будет публиковаться по мере поступления.
Вернуться на Главную страницу
ФОРУМ
mrgajet.narod.ru
«ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ» В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ ИЛИ «ВНОВЬ О МАГНЕТРОНЕ»
В.И. Коробейников. Россия [email protected]
Прошел практически год со дня публикации статьи «Как правильно рассчитывать КПД «вечных двигателей». Статья вызвала очень много откликов. В них много удивления и нет достаточного понимания происходящего. Одним из самых главных «козырей» у оппонентов было то, что в типовых и очень популярных бытовых микроволновых печах магнетрон никак не демонстрирует того, что он является «вечным двигателем». Счетчик электроэнергии «видит» работающий магнетрон в микроволновых печах и очень хорошо «видит», показывая это своим быстрым вращением. Все это правильно. Именно так все и происходит. Вот отсюда и начинаются наиболее интересные и довольно непонятные вещи для оппонентов. Почему же магнетрон в бытовых микроволновых печках не демонстрирует того, что он является одним из самых древних РАБОТАЮЩИХ (с 1937 года) представителей «вечных двигателей» в официальной науке?
Для дальнейшего изложения материала необходимо вновь напомнить об основных принципах работы магнетрона.В работе магнетрона используется важный случай движения электронов при наличии двух полей — магнитного и электрического, перпендикулярных друг другу. Магнетрон представляет собой двухэлектродную лампу или диод, содержащий накаливаемый катод и холодный анод и помещаемый во внешнее магнитное поле. Отметим, что анод (анодный блок) магнетрона имеет довольно сложную монолитную конструкцию с системой резонаторов. Магнитное поле создается либо катушками с током (электромагнит), либо постоянным магнитом, между полюсами которого помещается магнетрон. Если бы магнитного поля не было, то электроны, вылетающие из катода практически без начальной скорости, двигались бы в электрическом поле вдоль прямых линий, перпендикулярных к катоду, и все попадали бы на анод. При наличии магнитного поля траектории электронов искривляются силой Лоренца. Если магнитное поле достаточно велико, то траектории электронов не пересекают плоскости анода. В этом случае ни один электрон не достигает анода. Траектории движения электронов в магнетроне изображены на Рис.1.
Траектория электрона есть циклоида, описываемая точкой, лежащей на окружности круга, равномерно катящегося по катоду. При прохождении циклоидного потока электронов мимо щелей резонаторов анодного блока, в них возбуждаются мощные электромагнитные СВЧ колебания. Высокочастотная энергия из прибора обычно выводится с помощью петли или отверстия связи, помещенных в периферийной части одного из резонаторов анодного блока. Отметим, что магнетрон разрабатывался как мощный генератор электромагнитных колебаний СВЧ диапазона. Вышеизложенное является лишь очень кратким напоминанием полной теории магнетрона, которая включает в себя практически всю электрофизику.
Итак, что же вызвало непонимание и недоверие к тому, что магнетрон является «вечным двигателем»? Наибольшее непонимание исходило от некоторых «профессионалов», эксплуатирующих магнетроны в радиолокационных станциях (РЛС). Это же относится и к большинству массовых пользователей бытовых СВЧ печей. При каких условиях магнетрон становится «вечным двигателем»? В том случае, когда выполняется равенство
U / B2 = q . ∆2 / 2m .
Это равенство = очень важно. Оно означает условия, когда электроны, вылетевшие из катода, не могут попасть на анод и, соответственно, замкнуть цепь анодного источника. Процесс идет, а закон Ома не работает (анодная цепь разомкнута). В большинстве приборов магнетроны работают в импульсном режиме. Что это значит? Это означает, что анодное напряжение на магнетроне импульсное, с определенным периодом, меняется от 0 до максимального значения и обратно. В бытовых СВЧ печках импульсное напряжение меняется от 0 до 2000-3000 вольт и обратно до 0. Импульсы идут с частотой 50 Герц. Будет равенство U / B2 = q . ∆2 / 2m выполняться? Нет, за исключением одной (двух) точек во время действия импульса.На Рис.2 показана схема включения магнетрона в бытовой СВЧ печи. На высоковольтном диоде пульсирующее (импульсное) напряжение, которое и подводится к магнетрону. Что при этом происходит? За время действия импульса напряжения происходит формирование электронно-плазменного облака-ротора в магнетроне и перезаряд высоковольтного конденсатора. Цепь анодного источника оказывается замкнутой (переходные процессы) и работает закон Ома. В бытовых импульсных СВЧ печах анодный ток достигает значений 0,3-0,5 Ампера.
Рис. 2. Схема включения магнетрона в бытовой СВЧ печке
Вот эти импульсные (переходные) процессы очень хорошо «видит» счетчик электроэнергии.Что надо сделать, чтобы равенство U / B2 = q . ∆2 / 2m постоянно выполнялось? Необходимо перевести работу магнетрона в режим непрерывной генерации. На аноде должно быть не пульсирующее напряжение, а постоянное и такой величины, чтобы равенство U / B2 = q . ∆2 / 2m выполнялось всегда. В этом случае цепь анодного источника окажется разомкнутой, (анодный ток отсутствует), и закон Ома перестанет выполняться. Очень интересная ситуация. Анодный источник работает на холостом ходу, а на выходе магнетрона генерируется СВЧ мощность. Поскольку закон Ома не работает, то счетчик электроэнергии перестает «видеть» работающий и выдающий на выход мощность (энергию) магнетрон. К примеру, у типовых магнетронов со штатными кольцевыми постоянными магнитами, применяемых в бытовых СВЧ печах, анодный ток (2-3 микроампера) появляется при постоянном (не пульсирующем) анодном напряжении 60-65 вольт. При таком значении анодного напряжения говорить о значительной величине «лишней» энергии на выходе неуместно. Такой анодный ток (2-3 мкА) должен появляться при анодном напряжениях в сотни и тысячи вольт. В этом случае на выходе будет мощность в сотни и более ватт. Магнитное поле, и очень большое, должно быть от постоянных магнитов. Электрическое поле - от внешнего источника, а он работает на «холостом ходу». Вот он, «вечный двигатель»!
Как все просто, да не простенько! Необходимо предостеречь читателей от дилетантского подхода в понимании происходящих процессов.Электронно-плазменное облако-ротор между анодом и катодом очень трудно рассасывается при отключении анодного источника напряжения. Что произойдет в электронно-плазменном роторе магнетрона при отключении анодного напряжения? Именно то, что и происходит в магнетроне при работе в импульсном режиме. Произойдут довольно большие изменения в электронно-плазменном роторе. Какие? Здесь предлагается самим читателям вспомнить или вновь изучить «Теорию движения заряженных частиц в электромагнитных полях». Еще раз напомним, что равенство (рабочая точка)
U / B2 = q . ∆2 / 2m
очень важное на функции-характеристике (Рис.1) магнетрона. Именно эта точка на функции и является для многих непреодолимым барьером в сознании, когда происходит перевод магнетрона из режима подчинения закону Ома в режим не подчинения закону Ома («вечный двигатель»). Усилению непреодолимости этого барьера часто помогает изложение материала и практические занятия по магнетрону в технических университетах. К примеру, в СпбГУ на кафедре «Радиофизики» есть прекрасная лабораторная работа №9 -«Исследование работы магнетронного генератора». В этой лабораторной работе магнетрон работает в импульсном режиме. Для получения (изменения) необходимых выходных параметров выставляется (изменяется) анодный ток магнетрона. Соответственно, изменяют и магнитное поле. Все прекрасно работает и не вызывает недоразумений. Как видим, вольно или невольно, но упор в лабораторной работе сделан на режим работы в положении левее точки равенства U / B2 = q . ∆2 / 2m. В лабораторной работе никак не акцентируется, что можно находиться и справа от этой точки равенства в режиме непрерывной генерации. Нахождение справа от этой точки равенства приведет к совершенно другой лабораторной работе: по исследованию магнетрона как «вечного двигателя». Уже этого одного примера достаточно, чтобы понять какую пропасть в сознании технических специалистов заложило равенство (рабочая точка) U / B2 = q . ∆2 / 2m.
У большинства авторитетнейших ученых мужей само понятие «вечный двигатель» вызывает в сознании гнев и отторжение как лженаучное понятие. Что это означает? Это означает, что они сами не очень глубоко разобрались с возможностями магнетрона, который может работать как «вечный двигатель».
С 1937 года практически уже третье поколение технических специалистов эксплуатирует магнетроны, а «лженаучная» ситуация в сознании так и не разрешилась. Здесь следует сделать сравнение магнетрона еще с одним «вечным двигателем» -генератор Серла, работающим с 1946 года. Двигающийся по циклоиде электрон здесь является элементарным магнитом, как виток-петля с током или магнитный ролик генератора Серла. Магнитные ролики в генераторе Серла имеют слишком много балласта по массе и габаритам. Это приводит к тому, что генераторы Серла (механический магнетрон) слишком громоздкие и тяжелые. Магнетрон избавлен от балласта в виде тяжелых и больших молекул магнитного материала, поскольку работает на «голых» электронах. Это очень удобно и выгодно. Равенство (точка) U / B2 = q . ∆2 / 2m косвенно связано и с генератором Серла. У магнетрона двигающийся по циклоиде электрон как магнит не должен нарушать указанное равенство. У генератора Серла уже готовые магниты (ролики) должны соблюдать такое же аналогичное электромагнитное равенство. Поэтому невозможно сделать миниатюрный «карманный» генератор Серла на современных магнитах, чтобы выполнялось это конструктивное равенство… но вернемся снова к магнетрону.
В ряде практических ситуаций от магнетрона как от «вечного двигателя» не всегда может требоваться большая СВЧ энергия. В таких случаях ее вообще можно не выводить из магнетрона за ненадобностью. А что же брать от магнетрона в таких случаях? Очень интересный «поворот». Практически любой магнетрон требует воздушного или водяного принудительного охлаждения анодного блока. Уже это указывает на то, какое огромное количество тепла выделяется на анодном блоке. Что мешает использовать это тепло для бытовых нужд? Мешает этому отсутствие на рынке таких магнетронных электронагревательных приборов. Что будет, если такой электронагревательный прибор включить в электрическую сеть? Электрическая сеть будет работать на холостом ходу, а счетчик электроэнергии не будет вращаться. Это только один из возможных вариантов использования магнетрона в непрерывном режиме («вечный двигатель») в качестве бытового электронагревательного прибора, который «отключает» счетчик электроэнергии.
В заключение вопросы ко всем читателям: «Появятся ли на рынке такие магнетронные электронагреватели и когда?» Кто в состоянии ответить на этот вопрос?
Автор ищет инвесторов и партнеров для развития экспериментов в данной области.
Комментарий macmep@lab:E-mail автора указан в начале статьи. К разработке данной темы мы не имеем отношения, поэтому вопросы, связанные с этим проектом нам присылать не следует. Мы безусловно попытаемся выйти на контакт с автором темы, особенно в свете последних событий, связанных с изменением климата, что особенно ярко проявилось нынешней зимой. Учитывая значительное подорожание электроэнергии в ближайшее время, вопрос отбора "бесплатного" тепла у магнетрона может стать очень актуальным на российском рынке. Вся дополнительная информация по этой теме будет публиковаться по мере поступления.
Вернуться на Главную страницу
ФОРУМ
Сайт управляется системой uCozk0m0k0.narod.ru
