CN1248550C - 使匀速直线运动的电荷辐射电磁能的装置 - Google Patents

Abstract

一种使匀速直线运动的电荷辐射电磁能的装置，包括壳体、加热灯丝、阴极、栅极、聚束极和阳极，壳体内为高真空，加热灯丝、阴极、栅极、聚束极和阳极依次呈直线排列设在壳体内，加热灯丝设在壳体的一端，阴极与其紧靠在一起，其它各极相间而置，并与相应的电源连接，所述的阳极为圆环形并至少相间设置两个，所有阳极都与电源的正高压端连接；在壳体的另一端还设有电子收集电极，电子收集电极与电源的正低压端连接。具有输出功率大，设备成本低，容易实施等特点。

Description

使匀速直线运动的电荷辐射电磁能的装置

技术领域

本发明涉及一种电磁能转换装置，特别是涉及一种使匀速直线运动的电荷辐射电磁能的装置。

背景技术

本人在申请号为03102201的专利申请文件中提出了《一种可持续提供电磁能量转换的方法》，其技术方案的主要内容是将带电小球Q经加速器得到速度V；引入真空控制轨道，所述轨道包括两个直线段和两个半圆轨道；所述两个半圆轨道由外加磁场控制并用静电屏蔽和磁屏蔽在所述小球匀速运动直线段轨道不远处设置线圈。其中的“两个直线段和两个半圆轨道”在实际中实现的难度很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种使匀速直线运动的电荷辐射电磁能的装置，以便获得电磁能匀速直线运动的电荷束。

本发明的原理是应用以下公理：

第一，做匀速直线运动的电荷产生磁场，由公式

$\stackrel{\→}{B}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}q(1-{\mathrm{\β}}^2)}{{4\mathrm{\πr}}^2{(1-{\mathrm{\β}}^2{\sin }^2\mathrm{\θ})}^{3/2}}\stackrel{\→}{v}\×{\stackrel{\→}{e}}_r$

决定，如果电荷q的运动速度V远小于光速，则β＝V/C≈0，上式公式简化为

$\stackrel{\→}{B}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{O}q}{{4\mathrm{\πr}}^2}\stackrel{\→}{v}\×{\stackrel{\→}{e}}_r$

第二，当穿过闭合线圈的磁通量发生变化时，闭合线圈有感生电流产生。

第三，做匀速直线运动的物体(包括带电体)，相对于观察者来说要保持原来的运动状态，除非受到外界干扰。

第四，电磁场的传播速度按光速C进行。

电荷q以速度v自左向右做匀速直线运动所形成空间磁场情况是：在运动电荷q周围任一点p处的磁场方向均垂直于由电荷q的瞬时位置引向p点的径矢与q的运动轨迹所组成的平面。因此磁感应线都是在与电荷运动方向垂直的平面内的同心圆，圆心就在电荷运动的轨迹上，而且磁感应线绕行方向与电荷的运动方向成右手螺旋关系。

在如上的p点放一个检测线圈，线圈有一个电流计形成回路。线圈所在平面与此处的磁力线垂直。请参见附图1。

当带电粒子从左到右这一运动过程中，就p点而言由于电荷q到p的距离时刻发生变化，所以p处的磁场强度也时刻发生变化，那么p处线圈的磁通量也在发生变化。由于线圈中磁通量发生变化，那么线圈中就有感生电流产生。这一电流所具备的能量就是匀速直线速动电荷提供能量。

只要有相对运动的带电体，无论检测线圈存在与否，带电体一定会产生磁场。由于是运动的，观察者(线圈)与带电体之间的距离时刻在变化(特殊运动除外：比如圆周运动)，磁场也是时刻在变化，所以做匀速直线运动电荷对空间某一处的磁场贡献为变化磁场。只要磁场发生变化就有变化的电场产生，按麦克斯韦理论变化的电磁场就是电磁波，就是能量，电磁能以光速向空间辐射，这一能量是匀速直线运动电荷产生的。

对一闭合线圈而言，稳定的磁场不产生感生电流。但做匀速直线运动的电荷与观察者的距离时刻发生变化，因而它产生的磁场也在变化。按电磁理论：变化的磁场会使线圈产生感生电流。又按物理学原理：做匀速直线运动的物体在不受外界干扰情况下是不会改变其运动状态的，这一做匀速直线运动的电荷在自己运动过程中把产生的电磁能释放到空间，输入给线圈，而本身仍保持自身的运动状态，从而产生了能量。

即：做匀速直线运动的电荷向空间辐射电磁能。电荷是匀速直线运动，它不受外界干扰不会改变运动状态。电荷向空间辐射的能量就是本发明的能量的来源。

线圈感生电流产生的磁场不会影响电荷运动：一方面，匀速运动电荷产生的电磁场以光速向空间辐射，而线圈产生的磁场也以光速向运动电荷传播。如果线圈此时接收到的能量是由几百光年前某一电荷发出的，因而不用考虑线圈电流产生的磁场再经过几百光年对源电荷有什么影响；另一方面，线圈电流是闭合的，闭合线圈总有一对相反的电流，所以在线圈远处没有因线圈产生的磁场。

按电磁学原理产生磁场就等于产生能量，产生能量数值由空间磁场的磁能密度体积分决定。也就是说有匀速运动的电荷就会有磁场产生，就等于有能量生成。但有磁场能量不一定能释放出来。比如一通电匀直导线对空间贡献的磁场是稳定的，那么闭合线圈也没有电流，磁场能释放不出来。

本发明是根据这一结论完成的：匀速直线运动的电荷对空间贡献的磁场就是产生的电磁能。

本发明是通过以下技术方案来完成的：包括壳体、加热灯丝、阴极、栅极、聚束极和阳极，壳体内为高真空，加热灯丝、阴极、栅极、聚束极和阳极依次呈直线排列设在壳体内，加热灯丝设在壳体的一端，阴极与其紧靠在一起，其它各极相间而置，并与相应的电源连接，其特征在于：所述的阳极为圆环形并至少相间设置两个，所有阳极都与电源的正高压端连接；在壳体的另一端还设有电子收集电极，电子收集电极与电源的正低压端连接。

所述的聚束极为磁性圆筒状。

在所述的栅极上加有方波或其它周期性波形控制电压。

在所述的阴极与与其相邻的阳极之间以及电子收集极与与其相邻的阳极之间的壳体上均设有屏蔽层。

本发明具有输出功率大，结构简单，制造成本低，容易实施等优点。

附图说明

图1是匀速直线运动电荷的磁场和从该磁场获得能量的示意图；

图2为本发明的总体结构示意图。

具体实施方式

参见图1，这是匀速直线运动电荷的磁场和从该磁场获得能量的示意图，图中电荷q沿v方向运动，电荷q的电场E在与其运动方向垂直的平面S上产生闭合圆环形磁场B，在平面S的任意点P设置线圈L便可在L中得到电流。

参见附图2，本发明包括：

加热灯丝A：连接有灯丝电源S3，当其通有电流时会发热，使阴极B升温而具有发射热电子能力。

阴极B：当其被加热后具有发射热电子能力，在本专利中为体现专利结构有较大功率辐射，要求其发射电子能力在1安培到10万安培，阴极与大地连接。

控制栅极C：当其所加负电位发生变化时可以控制由阴极B向阳极E转移的电量(关于栅极作用可参阅真空电子器件有关书籍)。

聚束极D：它的作用是使电子束充分集中在中心轴线上，防止电子碰到阳极E上，该实施例为磁性圆筒，属现有技术。

两个阳极E1和E2：均为圆环状，目的为使高速电子可以从阳极环中间穿过而不会撞到阳极上。两阳极相连，与高压电源S1的正极连接。

电子收集极F：此极板接地，或者串接一正电位电源S2再入地，以有利于电子的收集。

在所述的阴极B与与其相邻的阳极E1之间以及电子收集极F与与其相邻的阳极E2之间的壳体K上均设有屏蔽层P，以体现此时能量是由匀速直线运动电荷产生的。

壳体K为圆柱形，内部为高真空。

本发明的电子运动过程是：电子从阴极B出发在阳极E1引力下，经过加速到达阳极E1的孔洞，这时电子得到速度V，所以阴极B至阳极E1之间为加速区L；电子从两个阳极E1和E2孔洞之间穿过，由于两阳极E1和E2之间没有电位差，所以电子在此为匀速直线运动，电子在此区向空间辐射变化电磁场，这是获得电磁能的部位，称为辐射区M；电子从第二阳极E2孔洞出来减速运动撞到电子收集极F入地，电子从地回到阴极B，阳极E2至电子收集极F之间为减速区N。

本发明有以下特点：

(1)阳极起到加速电子作用，由于结构原因，没有电子落到阳极，阳极没有电流，不用补充能量。阳极电压尽可能高，可选1万伏至100万伏。这样高电压会有电荷泄漏现象，因此也应补充泄掉的电荷。

(2)栅极与阴极之间加上方波电压来控制有无电子向阳极运动。当栅极开时有电子向阳极运动，当栅极关时无电子向阳极运动。目的是这样的，当栅极加上高频方波时，由于栅极控制作用就会有一个一个间断电子束团向阳极加速运动(这里讲述原理用方波，具体实施可用其它波形)。当这些高速电子束团通过两阳极之间时向空间辐射电磁波，这里要求同一时刻只能有一个电子束团通过辐射区，并规定占空比为1比1。

(3)本发明结构中基本辐射是这样的：高速电子束团通过辐射区时，电子束团向空间辐射了磁场，此磁场以光速向空间辐射；当没有电子束团通过辐射区时，没有磁场向空间辐射。当周期性的控制栅极的电位，使从阴极发出电荷一份一份地通过辐射区，辐射区向空间贡献间断的磁场并以光速向空间传播，这一间断磁场就是变化磁场就是向空间辐射的电磁波。由于高速电荷通过辐射区为匀速直线运动，电荷此时没有能量损失，因此高速电荷通过辐射区是产生电磁能的过程。

(4)这里解释为什么只在辐射区供给能量。首先，这时电子速度高，电子辐射强度大；其二，整体电子轨道上可能有多个电子束团在运动，这时所有束团向空间贡献磁场，就本专利目的来讲以匀速直线运动电荷为辐射方式，所以必须把加速区与减速区屏敝(附图2中只有辐射区是开放的，其它区域均被屏敝，附图未画屏敝结构)；其三，电子在此时速度最高，通过时间短，这就相当于提高了辐射频率。

(5)为了使本发明有最大实施可能性，此结构在运行时这样简单处理：匀速直线运动的电子束团在其周围的空间产生磁场是辐射的能量，其它任何物理行为均认为是能量守恒过程。

(6)本发明设计上由阴极出发的电子被加速后没有由阳极直接入地，而是再被阳极减速后由电子收集极板入地，因而阳极不损失能量。正因为这样，只要技术条件许可，可以无限地增大阴极电流和阳极电压，以便当电子束经过辐射区时贡献强大磁场。

(7)选用适合的接收装置来接收此专利结构辐射的电磁波，并转换为可供直接使用的能源(这一问题不是本专利讨论内容，因此从略)。

(8)由于电子从阴极出来时有初速度，所以电子经过加速与减速到达电子收集极板时还有一定速度，电子会撞到该极板上，因而不用考虑电子未到电子收集极板就中途返回；更因为电子收集极板与大地之间串接一电源可以增大电子到收集极板时的动能，因此电子可以全部落到电子收集极板上。

(9)电子收集极板与大地间串一电源，电源正极接电子收集极板，负极接大地。这里指出比较重要原因，其一电子在加速区与减速区均属于加速运动，按电动力学所述，加速运动电荷要辐射能量，这样就有电子未到电子收集极板就返回的可能，因此要增加一电源来提高电子收集极板电位(这里不讨论这种情况具体细节是什么，应当统一认为这是能量守恒过程，本专利只考虑匀速直线运动电荷贡献的电磁能)；其二由于阴极发射了热电子，阴子电子可能亏空，以及收集极板由于有电子不停积累，这样加一电源使电子收集极板电子迅速向阴极转移来补充阴极损失的电子。

(10)本发明是根据物理学原理，实施了匀速直线运动电荷向空间辐射电磁能一种方法，这种方法以高速的不连续的电子束团通过匀速直线运动区域时向空间辐射电磁波，这是本专利的最基本特点。

(11)以上讨论了本专利实施的基本结构基本原理，它向空间辐射为方波，并且为单一方向。如果实现其它波形辐射可用下述方法实现，首先用两个基本装置以电子运动方向为基准反向放置，这样就可实现两个方向电流引起电磁辐射；其次用波形发生装置来分别控制两台辐射装置的辐射次序来得到我们需用的电磁波。

Claims (4)

1、一种使匀速直线运动的电荷辐射电磁能的装置，包括壳体、加热灯丝、阴极、栅极、聚束极和阳极，壳体内为高真空，加热灯丝、阴极、栅极、聚束极和阳极依次呈直线排列设在壳体内，加热灯丝设在壳体的一端，阴极与其紧靠在一起，其它各极相间而置，并与相应的电源连接，其特征在于：所述的阳极为圆环形并至少相间设置两个，所有阳极都与电源的正高压端连接；在壳体的另一端还设有电子收集电极，电子收集电极与电源的正低压端连接。

2、根据权利要求书1所述的使匀速直线运动的电荷辐射电磁能的装置，其特征在于：所述的聚束极为磁性圆筒状。

3、根据权利要求书1所述的使匀速直线运动的电荷辐射电磁能的装置，其特征在于：在所述的栅极上加有方波或其它周期性波形控制电压。

4、根据权利要求书1、2或3所述的使匀速直线运动的电荷辐射电磁能的装置，其特征在于：在所述的阴极与与其相邻的阳极之间以及电子收集极与与其相邻的阳极之间的壳体上均设有屏蔽层。

Images