Привет всем!
Сегодня разберём крутой физический эффект — энергетическую перегруппировку в функционально-активных контактных системах. Звучит как научная фантастика или околонаучный бред, кому как нравится. Но на деле это про то, как разнородные металлы при контактах "договариваются" друг с другом, обмениваются энергией и перераспределяют её, превращаясь в источники низковольтного напряжения для питания сенсоров в системах интернета вещей (IoT) и других устройств, где использование солнечных, химических батарей и т.п. нецелесообразно .
Поехали!!
Что это такое?
Представьте фрактальную электрическую систему из множества гексагональных цепей, собранных из разнородных металлических проводников с контактной разностью потенциалов (КРП). Согласно закону Вольта, в условиях термодинамического равновесия такая система не должна генерировать напряжение. Но всем известно, что идеального термодинамического равновесия в реальном мире достичь сложно, и, как показывают эксперименты, внутренние нелинейные процессы в системе приводят к появлению небольшого напряжения на выходе таких систем. Более того, экспериментальными работами подтверждено, что при шунтировании отдельных участков такой системы - выходное напряжение возрастает во много раз.
Итог — концепция коммутируемой энергетической перегруппировки, которая открывает путь к созданию новых источников питания низкого напряжения, использующих тепловые и другие флуктуации среды.
Конструкция системы
Фрактальное множество гексагональных контуров из шести разнородных металлов: константан (1) → нихром (2) → медь (3) → константан (4) → нихром (5) → сталь (6).
Каждая контактная разность потенциалов действует как мини-источник электричества, но в замкнутом контуре , согласно закону Вольта, в условиях полного термодинамического равновесия она равно 0. Но как Мы знаем, что полного термодинамического равновесия достичь трудно, поэтому в каждой гексагональной топологии создаётся некомпенсированный потенциал за счёт внешнего энергетического шума. Такая структура оптимально перераспределяет энергию внутри системы, эффективно используя КРП для преобразования энергетического шума в выходное напряжение, которое можно усилить шунтированием.
Как это работает?
Энергетический шум как источник энергии
Система преобразует рассеянную энергию (тепловые и электромагнитные флуктуации) в низковольтное напряжение. Она работает как самосинхронизированный преобразователь стохастической энергии. Энергетический шум в такой системе «растягивается» на всю систему и аккумулируется в КРП. Перераспределение энергии создаёт временный дисбаланс токов, концентрируя (собирая) энергию со всей системы на выходе. Физически перераспределение энергии обеспечивается шунтированием определённого числа гексагональных контуров с КРП.
Предполагается, что механизм перераспределения энергии основан на изменении электронной температуры вблизи границы раздела двух проводников. В условиях неравновесия, вызванного, например, наличием внешнего электрического, или ЭМ поля или градиентом температуры, электронная температура вблизи границы раздела двух проводников может отличаться от температуры решетки. Экспериментами подтверждено, что внешнее электрическое, ЭМ поле влияют на электронную температуру вблизи границы раздела проводников, что проявляется в значительном увеличении выходного напряжения системы.
Шунтирование в деталях:
- Шунтирование части гексагональных контуров системы снижает внутреннее сопротивление, увеличивая ток через незашунтированные контуры.
- На стыках разнородных металлов (термопарах) возникают локальные микро изменения температуры.
- После снятия шунтирования тепловой поток меняет направление, система возвращается к равновесию. В это время она выдаёт остаточное напряжение в нагрузку.
Перспективы
Таким образом, пока существуют внешние ЭМ, электростатические поля и т.п. - будет существовать энергетический шум. А это значит, что будут существовать всё это время источники низковольтного напряжения, например, для питания IoT - датчиков и т.п.
PS:
В следующих публикациях мы предметно рассмотрим практические решения низковольтных источников питания на эффекте энергетической перегруппировки в функционально-активных контактных материалах и системах.