Основы
теории решения изобретательских задач
5.3.4. Сложные веполи.
Сложные веполи - это сочетание веполей вида (5.1) и (5.4):
Грубо их можно разделить на три типа:
- цепные,
- двойные,
- смешанные.
5.3.4.1. Цепной веполь
Цепной веполь образуется при развертывании В2 в новый веполь и может быть представлен и в виде (5.28).
Вещество В2 преобразуется в новый веполь, поэтому такой веполь может иметь и вид (5.29).
Пример 5.19. Калометрический метод измерения мощности. Для измерения мощности, поглощаемой нагрузкой в сверхвысокочастотном (СВЧ)-диапазоне, определяется количество тепла, отдаваемое нагрузкой рабочему телу (воде), причем, часто само рабочее теле используется как нагрузка. С помощью измерительного узла регистрируется температура рабочего тела и по ее значению определяется значение мощности14.
Для данного примера веполь можно представить формулой (5.30)
где
В1 - СВЧ-генератор,
В2 - нагрузка,
П1 - электромагнитное поле,
В3 - рабочее тело (вода),
П2 - тепловое поле,
В4 - датчик температуры воды.
Пример 5.20. Декоративный светильник, который с изменением атмосферного давления меняет цвет. Раньше светофильтр был один. Он был жестко закреплен. В данном изобретении светофильтры закреплены на гофрированной вакуумной камере, которая меняет свой объем в зависимости от атмосферного давления и передвигает разноцветные светофильтры15.
Структурная формула этого решения (5.31):
где
В1 - лампа,
В2 - светофильтр (светофильтры),
П1 - свет оптическое поле,
В3 - камера,
П2 - атмосферное давление.
5.3.4.2. Двойной веполь
Двойной веполь описывается формулами (5.32) и (5.33)
Задача 4.1.
В лаборатории под руководством академика П.Л.Капицы исследовалась искусственная шаровая молния в герметичной кварцевой цилиндрической камере, заполненной гелием под давлением 3 атм. Под действием мощного электромагнитного поля в гелии возникает плазменный шнуровой разряд, стягивающийся в сферический сгусток плазмы - "шаровую молнию". Для удержания "шаровой молнии" в центре камеры используют соленоид, расположенный вокруг камеры. По программе эксперимента нужно было увеличить мощность шаровой молнии, для чего повысить мощность электромагнитного излучения.
Плазма стала более горячей, и, следовательно, менее плотной. Шаровая молния при этом становится легче и всплывает вверх, касаясь стенок камеры и разрушая их. Электромагнитные силы не уравновешивают архимедовы силы. Чтобы удержать молнию в центре камеры, попробовали повысить мощность магнитного поля в соленоиде, но ничего не получилось. Сотрудники предложили строить новую установку с более мощным соленоидом, но П.Л.Капица поступил иначе. Как?
Дан неэффективно управляемый веполь: В1 - молния, на которую действует гравитационное поле - П1, В2 - газ, который не уравновешивает действие гравитационного поля.
Чтобы повысить управляемость рассмотренного веполя необходимо ввести противодействующее поле П2 в соответствии с формулой (5.33).
Поле П2 должно противодействовать гравитационному полю П1.
Эффективнее всего было бы использовать электромагнитное поле, но для этого нужно было бы полностью переделывать установку. В соответствии с тенденцией развития веполей первоначально следует использовать механические поля. Наиболее эффективное, в данном случае - поле центробежных сил.
П.Л.Капица предложил завертеть газ, придавая ему непрерывное вращение, которое осуществлялось воздуходувками, хорошо знакомые всем по домашнему пылесосу. Впрочем, именно домашний пылесос и был использован на первых порах16.
5.3.4.3. Смешанный веполь
Смешанный веполь представляет собой сочетание цепного (5.28) и двойного (5.32) и (5.33) веполей.
Переход от цепного веполя к смешанному показан формулой (5.34), а переход от двойного к смешанному - формулой (5.35)
Пример 5.21. Для очистки воздуха в производственных помещениях используют громоздкие фильтры. Предлагается для этой цели применять циклоны. В циклоне загрязненный воздух раскручивается с большой скоростью, частички пыли, висящие в воздухе, отбрасываются к стенкам, ударяются о них и падают в пылесборник17.
В этом решении использован двойной веполь, описываемый формулой (5.18). Можно усовершенствовать это решение.
Недостаток рассмотренного циклона состоит в том, что мелкая пыль не долетает до пылесборника, а оседает на стенках вытяжной трубы (вытяжки). Поэтому приходится циклон время от времени останавливать и чистить трубу.
Попробуем перейти к смешанному веполю, описываемому формулой (5.35). Чтобы пыль не засоряла вытяжку, всю трубу превратили в электрод - полый цилиндр из металла, утыканный иголками, располагающимися на выходе трубы. На электрод подается электрическое поле, которое отталкивает пыль от вытяжной трубы. Таким образом, пыль оказывается в пылесборнике.
