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.

Свободная энергия — насколько это реально?

Возможно ли создание вечного двигателя на неодимовых магнитах?

Использование энергии гравитации — как это возможно

Атмосферное электричество, как новый источник альтернативной энергии