С самого начала необходимо избавиться от иллюзий и понять, что когда мы говорим о каком-нибудь электрическом устройстве или цепи, то всегда предполагаем наличие совершенно определенного источника электрической энергии, обеспечивающего питание. Таким источником может выступать сеть переменного тока, химический источник постоянного тока (батарея или аккумулятор), бензиновый генератор и т. д.

В любом случае, благодаря конструкции устройства, энергия источника преобразуется в полезную работу, которая совершается в нагрузке. И если потери энергии при этом не очень велики, то мы говорим, что устройство обладает приемлемым коэффициентом полезного действия (КПД).

Что же касается самого устройства, то оно может содержать в себе активные и пассивные компоненты, которые как-то совместно функционируют, давая в итоге нужный результат — нагрузка получает электрическую энергию с адекватными напряжением, током и частотой. Если в нагрузке действует постоянный ток, то мы говорим о токе, напряжении и мощности, а о частоте речи не идет.

Без иллюзий

Очевидно, что сама по себе энергия источника не может просто взять и ни с того ни с сего увеличиться в устройстве, ведь энергия не может создаться из неоткуда. Все, что может здесь произойти — это преобразование энергии источника.

Например, если источник дает нам постоянное напряжение 12 вольт и обеспечивает потребляемый от него постоянный ток в 10 ампер, то эта энергия может быть преобразована в устройстве, допустим, - в 1200 вольт с постоянным током в 0,1 ампер (если предположить идеальную ситуацию, когда никаких потерь в процессе преобразования энергии нет, хотя в реальности потери есть всегда).

Здесь имеется ввиду, что произведение U*I, то есть непрерывно производимая в каждую секунду полезная работа (в идеале), а значит — преобразуемая каждую секунду энергия источника, как минимум - сохраняется на том же уровне, на котором она поступила в устройство, электрическая энергия источника попросту преобразуется в другую, более подходящую форму, например с помощью импульсного трансформатора.

Даже если нам жизненно необходимо получить на нагрузке 1200 вольт при токе в 0,2 ампера (или 2400 вольт при токе в 0,1 ампера или даже в 10 ампер), а потребление постоянного тока от источника нужно при этом обязательно сохранить на том же небольшом уровне (12В*10А = 120 Вт), то придется пойти на уступки — можно в конце концов отказаться от непрерывного использования непрерывно поступающей энергии источника, и прибегнуть к использованию этой же энергии, только в форме импульсов в нагрузке.

В этом случае необходимо будет допустить перерывы в процессе передачи энергии от источника к нагрузке, во время которых энергия источника сможет где-то накапливаться, с тем, чтобы потом расходоваться бОльшими порциями.

Таким путем достижимы в принципе импульсные токи любой величины, однако длительность каждого события, когда ток сможет действовать в нагрузке, окажется в этом случае во столько же раз короче (по отношению к периоду следования импульсов), во сколько раз активная мощность в импульсе будет превышать непрерывно потребляемую от источника активную мощность.

Подобный результат легко достигается применением буферного конденсатора, накапливающего заряд в промежутках между рабочими импульсами, или, например, включением в цепь резонансного колебательного контура с достаточно высокой добротностью.

Так или иначе, количество передаваемой к нагрузке энергии, независимо от того, подается ли она импульсами после предварительного накопления (в конденсаторе, катушке или в колебательном контуре), или же поступает непрерывно в форме постоянного тока, - все равно всегда окажется в идеальном случае тем же, сколько поступило на вход, а в реальности — меньше, поскольку в ходе преобразования всегда есть потери. Дополнительная энергия из ниоткуда не может появиться, согласно закону сохранения энергии и закону сохранения электрического заряда.

Источник питания при этом может подавать в устройство постоянный или переменный ток, что по большому счету не важно. А важно здесь то, что как бы мы ни преобразовывали энергию источника, в действительности энергии на выходе всегда будет меньше чем на входе, в силу наличия неизбежных потерь в реальных цепях. Резонанс здесь не поможет, ибо все что может резонанс — это допустить эффективное накопление энергии в форме колебаний.

О реальной возможности существования подобных устройств

Но что если у нашего устройства источников энергии не один, а два. Причем первый источник — обычный традиционный, такой как батарея или сеть, а второй — не явный. В конце концов, вокруг нас существует воздух, хранящий в себе огромное количество тепловой энергии, которую ему сообщает Солнце.

Радиоприемник — прекрасный пример устройства, получающего питание от двух источников — от сети и от радиоволн. Только в случае с радиоприемником львиную долю энергии дает все же сеть, тогда как радиоволны доставляют в устройство лишь мизерную долю общей энергии, достаточную для формирования небольшого, скажем так, управляющего (колебаниями диффузора динамика) сигнала.

На самом деле идея использования энергии окружающей среды в качестве источника питания не нова. Еще Никола Тесла размышлял над возможностью создания такого преобразующего устройства, которое могло бы представлять собой нечто подобное пустой полости, в которую энергия окружающей среды могла бы втекать подобно жидкости, но лишь оказавшись внутри полости — сразу улетучивалась бы подобно газу, то есть преобразовывалась бы в другую форму и совершала при этом работу, так что полость осталась бы пустой и продолжала бы служить стоком для энергии окружающей среды.

Уже на данном этапе можно провести некоторые электрические аналогии. Примем что земля имеет нулевой электрический потенциал. Тогда любое заряженное тело расположенное над землей будет представлять собой один из полюсов источника питания, а заземление — другой его полюс.

Очевидна тенденция — разноименные заряды стремятся взаимно притянуться, и в принципе такая система может совершить крохотную работу в нагрузке, как заряженный конденсатор небольшой емкости.

Здесь уместным будет вспомнить о проявлениях статического электричества, которое всегда присутствует в воздухе. Заземление — аналог полости, в которую устремится заряд. Понятно, что ток от источника подобного рода не может быть большим, ведь внутреннее сопротивление оказывается колоссальным.

Но не будем забывать о значении высокого напряжения, которое способно компенсировать слабый ток. Если крохотных работ совершается много, и они повторяются с высокой частотой, при этом преобразование энергии осуществляется с приемлемым КПД, то нетрудно понять перспективы, которые вырисовываются с учетом современной технической базы.

Дополнительно:

Свободная энергия — концепция поиска новых источников энергии. Под свободной энергией понимается энергия не требующая последующих затрат на топливо или другие энергоносители.

Ранее ЭлектроВести писали, что швейцарская компания Nek объявила о своих планах по производству 1000 МВт электроэнергии из нескольких ветровых электростанций в Гане (Африка).

По материалам: electrik.info.