Структурный анализ систем

При резком увеличении тока в сети провод может перегореть. Чтобы этого не произошло, используют предохранитель, который может быть одноразовый (плавкий предохранитель) или многократного использования — автомат.

4.6. Устранение вредных связей введением П 2

Вредное действие устраняется переходом к двойному веполю, в котором нейтрализацию вредного действия поля П₁ осуществляет поле П₂. Это можно представить в виде (4.8).

Задача 4.10. Искусственная шаровая молния

Условия задачи

В лаборатории под руководством академика П. Л. Капицы исследовалась искусственная шаровая молния в герметичной кварцевой цилиндрической камере, заполненной гелием под давлением 3 атм. (рис. 4.17). 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, кольцеобразно 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: молния поднималась вверх — только чуть медленнее. Сотрудники предложили строить новую установку с более мощным соленоидом, но П. Л. Капица поступил иначе. Как?

Рис. 4.17. Установка для получения искусственной шаровой молнии

Разбор задачи

Представим задачу в вепольном виде (4.9).

Дан неэффективно управляемый веполь:

В₁ — молния;

П₁ — гравитационное поле, действует на молнию;

В₂ — газ, который не уравновешивает действие гравитационного поля.

Чтобы повысить управляемость рассмотренного веполя необходимо ввести противодействующее поле П₂ в соответствии со схемой (4.10).

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 поля10. Наиболее эффективное в данном случае — поле центробежных сил.

П. Л. Капица предложил завертеть газ, придавая ему непрерывное вращение. Вместе с газом завертелся и сам разряд и перестал всплывать… Газ заставляли непрерывно вращаться воздуходувки, хорошо знакомые всем по домашнему пылесосу. Впрочем, именно домашний пылесос и был использован на первых порах (рис. 4.18).

П₂ — центробежное поле.

Рис. 5.31. Создание центробежных сил с помощью пылесоса

4.7. Устранение вредных связей введением В 3 и П 2

Вредное действие устраняется переходом к смешанному веполю, в котором вводимое вещество В₃ генерирует поле П₂, нейтрализующее вредное действие поля П₁ (4.11).

Задача 2.10. Искусственная шаровая молния (продолжение)

Поле центробежных сил П₂ создается турбиной В₃ (4.12).

4.8. Устранение вредных связей введением В 3 , П 2 и П 3

Вредное действие устраняется переходом к смешанному веполю, в котором на вводимое вещество В₃ под воздействием поля П₃, генерируя поле П₂, нейтрализующее вредное действие поля П₁ (4.13)_.

Задача 4.11. Извлекание шарика

Условия задачи

Не редки случаи, когда необходимо извлечь завальцованный в корпус шарик (рис. 4.19). Для этого приходится ломать конструкцию. Как вытащить шарик, не ломая конструкцию?

Рис. 4.19. Шарик, завальцованный в корпус

Разбор задачи

Представим задачу в вепольном виде (4.14).

Дан веполь с вредной связью:

В₁ — корпус;

П₁ — поле механических сил, удерживающее шарик в корпусе;

В₂ — шарик.

Вредная связь может быть устранена введением В₃, которое под воздействием поля П₃ генерирует поле П₂, нейтрализующее вредное действие поля П₁. В соответствии со схемой (4.13) для данной задачи структурное решение можно представить схемой (4.15).

Согласно схеме (4.15) необходимо ввести В₃, которое под воздействием поля П₃ создаст П₂, выталкивающее шарик.

Один из вариантов решения.

Под шарик В₂ заранее вводят каплю жидкости В₃ (рис. 4.20), которую при необходимости нагревают (поле П₃) и испаряющаяся жидкость создает давление (поле П₂), выталкивающее шарик В₂ из корпуса В₁ (фазовый переход первого рода).

Рис. 5.33. Введение капли жидкости под шарик

4.9. Устранение вредных связей между веществом и полем введением В 2 и П 3