способ воздействия на вещество

Формула изобретения

1. Способ воздействия на вещество, включающий облучение вещества электромагнитным сигналом с заранее заданными несущей частотой и уровнем мощности, отличающийся тем, что в качестве облучаемого вещества используют распределенные в конечном объеме капли, при этом осуществляют амплитудную модуляцию несущей частоты электромагнитного сигнала спектром частот, определяемым диапазоном линейных размеров капель.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что значение несущей частоты электромагнитного сигнала выбирают близкое значению какой-либо субгармоники частоты резонансного поглощения капель.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уровень мощности электромагнитного сигнала выбирают в зависимости от требуемого времени изменения размеров капель.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что спектр частот амплитудной модуляции изменяют в соответствии с изменением линейных размеров капель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам воздействия на вещества с помощью электромагнитных сигналов и может быть использовано, например, для осаждения или рассеяния облаков аэрозолей, для распыления жидкостей и во всех других случаях, где требуется увеличение или уменьшение размеров капель жидкости.

Известен способ разрушения аэрозольных облаков с помощью направленных ультразвуковых колебаний (УЗ) высокой интенсивности [1]

Однако в этом способе требуется обеспечение мощных УЗ-колебаний с определенными фазовыми соотношениями, что является достаточно сложной технической задачей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ воздействия на вещество с помощью облучения его непрерывным электромагнитным сигналом с частотой парамагнитного резонанса в веществе [2] При этом в веществе создается однородное магнитное поле, что вкупе с электромагнитным сигналом характеристической частоты обеспечивает поглощение и квантомеханическое преобразование электромагнитной энергии в тепло, ускоряемое за счет парамагнитного резонанса.

Однако данный способ неприемлем в тех случаях, когда требуется воздействовать на облака и т.п. объекты значительных размеров, находящихся на больших удалениях от источника воздействия.

Предлагаемый способ позволяет обойти эту трудность. Для этого в способе воздействия на вещество, включающем непрерывное облучение вещества электромагнитным сигналом с заранее заданными несущей частотой и уровнем мощности, в качестве облучаемого вещества используют распределенные в конечном объеме капли, при этом осуществляют амплитудную модуляцию несущей частоты электромагнитного сигнала спектром частот, определяемым диапазоном линейных размеров капель.

3начение несущей частоты электромагнитного сигнала целесообразно выбирать вблизи значения какой-либо субгармоники частоты поглощения капель.

Уровень мощности электромагнитного сигнала выбирают в зависимости от требуемого времени изменения размеров капель.

Спектр частот амплитудной модуляции целесообразно изменять в соответствии с изменением линейных разрядов капель.

Предлагаемый способ поясняется чертежами. На фиг. 1 показано воздействие электромагнитного сигнала на капли. На фиг. 2 раскрыт механизм притяжения капель под действием силы Ампера. Фиг. 3 иллюстрирует изменение формы капель под действием горизонтально поляризованного электромагнитного сигнала. На фиг. 4 дана картина поляризации зарядов в капле.

В основе предлагаемого способа лежат следующие эффекты.

Изменение размеров капель, например, в облаках аэрозолей в атмосфере приводит к их осаждению либо рассеянию. Оба указанных результата могут быть достигнуты по отношению к жидким аэрозолям, примерами которых являются обычные атмосферные облака, состоящие из паров воды, кислотные облака и т.п. Аэрозольные облака, представляющие собой дым, смог, пыль, продукты вулканических извержений, выбросы твердых частичек химических производств и т.п. могут быть лишь осаждены на подстилающую поверхность.

Физический механизм осаждения заключается в укрупнении частичек аэрозоля за счет сближения их с последующим выпадением под действием силы тяжести.

Физический механизм рассеяния облаков аэрозолей заключается в ускорении испарения с поверхности капель жидкого аэрозоля.

Целенаправленное сближение частичек аэрозоля достигается за счет нескольких сил притяжения, возникающих в каплях при их облучении электромагнитной волной. В этом случае капли, представляющие собой в простейшем случае диэлектрические сферы, поляризуются и между ними возникает сила притяжения Кулона. На фиг. 1 проиллюстрировано воздействие электромагнитной волны с горизонтальной поляризацией на систему из трех капель аэрозоля. Независимо от направления вектора электрической напряженности в падающей электромагнитной волне между каплями N 1 и N 2 будет действовать сила притяжения, равная

P = P₁₂-P₂₃,

где



q_i i-й заряд, i 1,2,3;

r₁₂, r₂₃ расстояние между каплями;

коэффициент пропорциональности.

На сторонах капель, обращенных друг к другу, образуются разноименные электрические заряды, в результате чего капли притягиваются друг к другу. При одинаковых зарядах в каплях, т.е. одинаковых q₁, но при r₁₂ < r₂₃ на каплю N 2 будет действовать результирующая сила Кулона, стремящаяся переместить каплю N 2 к капле N 1. Одновременно капли NN 1 и 3 будут притягиваться с силой

Поляризованные капли аэрозоля, представляющие собой диполи с зарядом , при изменении направления вектора в падающей электромагнитной волне могут быть представлены через ток I, элемент длины диполя и круговую частоту облучающего электромагнитного колебания по формуле , где дипольный момент, i мнимая единица. Отсюда .

Известно, что проводники с токами, направленными в одну сторону, притягиваются под действием силы Ампера. Поляризованные частицы аэрозоля с токами, направленными в одну сторону, притягиваются с обобщенной силой Ампера

,

где единичный координатный вектор, магнитная проницаемость среды.

Механизм притяжения капель под действием силы Ампера показан на фиг. 2. Группы капель, находящиеся в любой момент времени в интервале любой из полуволн подающей электромагнитной волны, притягиваются друг к другу, а между группами существует сила отталкивания. В процессе распространения электромагнитной волны состав групп непрерывно меняется, однако время притягивания между двумя соседними каплями превышает время отталкивания, если эти капли расположены на расстоянии меньше половины длины электромагнитной волны.

На все диэлектрические частицы, находящиеся в электромагнитном поле, действует пондеромоторная сила, заставляющая частицы двигаться в направлении источника электромагнитного излучения. Величина этой силы выражается формулой

, где V объем диэлектрической частицы, диэлектрическая проницаемость вещества частицы, с скорость света.

Независимо от облучения облака аэрозолей электромагнитной волной между частицами существует гидроаэродинамическая сила притяжения Бернулли, если частицы обтекаются потоком воздуха.

В том случае, когда электромагнитное поле модулировано так, что капли (частицы) аэрозоля приводятся в механический резонанс с частотой собственных колебаний, увеличивается величина сил Кулона и Ампера. Кроме того, при горизонтальной поляризации подающей волны у частиц в процессе колебаний изменяется лобовое сопротивление, в результате чего под действиям силы тяжести они смещаются вниз в течение полупериода колебаний (фиг.3).

Пульсирующие движения капли приводят к появлению гидродинамической силы притяжения Бьюркнеса, выражающейся формулой



где плотность среды, v₁, v₂ колебательные скорости поверхности капель, v- сдвиг фаз их пульсаций, R радиусы капель, r расстояние между ними.

Механические колебания (пульсации) у капель аэрозоля появляются по следующей причине. При воздействий электромагнитной волны в капле под действием вектора происходит поляризация зарядов (фиг. 4). Возникающая между зарядами сила притяжения Кулона сжимает силу Кулона. Меняя величину вектора путем амплитудной модуляции высокочастотного электромагнитного сигнала, можно менять величину сжатия капли и тем самым приводить ее в механический резонанс.

Слияние капель в результате действия описанных и других сил приводит к необходимости изменения частоты амплитудной модуляции с тем, чтобы вызывать резонансное колебание у укрупненных капель. Частота амплитудной модуляции должна уменьшаться как , где t время действия электромагнитной волны, коэффициент пропорциональности.

Колебательные (пульсирующие) движения жидких частиц аэрозоля в отсутствие их столкновений и коагуляции приводят к ускорению испарения вещества с их поверхности и, как следствие, к уменьшению размера капель. Следовательно, по мере уменьшения размера частиц частота амплитудной модуляции должна увеличиваться.

При необходимости воздействовать на аэрозольные частицы, размеры которых лежат в определенном диапазоне, необходимо амплитудную модуляцию электромагнитного сигнала осуществлять суммой гармонических колебаний, диапазон частот которых жестко связан с диапазоном размеров частиц (капель).

Поскольку внешний вид атмосферных облаков определяется диапазоном размеров образующих эти облака капель, при воздействии на атмосферные облака начальный диапазон частот модуляции может быть установлен по внешнему виду облаков.

Реализацию предлагаемого способа в этом случае можно осуществить с помощью радиопередатчика непрерывного сигнала в соответствующем диапазоне, подключенного к направленной антенне. При этом уровень мощности излучаемого сигнала определяется энергетическим потенциалом произведением мощности передатчика на коэффициент направленного сигнала антенны. В передатчике должна быть предусмотрена возможность обеспечения амплитудной модуляции. С увеличением энергетического потенциала воздействия уменьшается время, в течение которого происходит требуемое изменение размеров капель.

При необходимости воздействовать на размеры капель внутри какого-либо объема, изолированного от окружающей среды (распыление капель горючего в камере сгорания), этот замкнутый объем может представлять собой полый резонатор, подключенный к выходу радиопередатчика.

Таким образом, предлагаемый способ не требует в отличие от прототипа использования однородного магнитного поля, а кроме того, применим не только к веществам с парамагнитным резонансом.