Химические источники энергии для обеспечения безопасности в угольной промышленности: энергетический механизм образования постоянного электрического тока в аккумуляторе
И.Е. Колесниченко, Е.А. Колесниченко, Е.И. Любомищенко, Е.И. Колесниченко
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова, г. Шахты, Российская Федерация
Горная Промышленность №1 / 2023 стр. 80-88
Резюме: Статья посвящена проблеме обеспечения пожарной и взрывобезопасности в угольной промышленности. В подземных горных выработках применяют аккумуляторные накопители электрической энергии в наиболее опасных горных выработках по газу метану и взрывоопасной угольной пыли. Проблема заключается в небезопасных конструкционных особенностях этих аккумуляторов и химических процессов при аккумулировании электрического тока. Показано, что проблема остаётся актуальной. Идея состоит в необходимости дополнять парадигму физических представлений в области энергетики современными знаниями из области квантовой теории. Целью работы является установление причинно-следственных явлений, силового взаимодействия атомов ингредиентов и обоснование энергетического механизма образования постоянного тока в химических источниках. Для обоснования идеи авторы рассмотрели химические процессы в свинцовом аккумуляторе. Аналитически обосновали физическую закономерность короткодействующих связей атомов. Показано, что эта связь обеспечивается силами притяжения и отталкивания. Распространённое в химии мнение, что ковалентная энергетическая связь обеспечивается электронами на совместной связующей орбитали, ошибочно, так как эти электроны при объединении атомов излучают энергию и перемещаются на основную орбиталь. Отпадает и необходимость в понятии спин электрона. Научной новизной является обоснование понятия о постоянном токе, закономерностях его хранения в химическом источнике и его параметрах. Впервые экспериментально зарегистрированы следующие результаты: а) проводники в электрической цепи химического источника постоянного тока производят электромагнитные излучения как в замкнутой, так и разомкнутой цепи при отсутствии тока; б) электрическая искра, образующаяся в зазоре разомкнутых проводников под электрическим током, излучает электромагнитные волны в видимом диапазоне частот, что доказывает продолжение тока вне проводника и физическое представление об электрическом токе как о потоке электромагнитных излучений, обладающих электрическим и магнитным полем; в) при замыкании проводников под током происходит сильное нагревание только одной ветви проводника от положительного катода до места замыкания, что доказывает направление постоянного тока во внешней цепи в одну сторону от катода.
Ключевые слова: взрывобезопасность, угольная промышленность, химические источники, постоянный ток, электромагнитные излучения, электрическая искра, квантовая теория, энергия связи атомов, силы притяжения и отталкивания атомов, хранение электрической энергии
Для цитирования: Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А., Любомищенко Е.И., Колесниченко Е.И. Химические источники энергии для обеспечения безопасности в угольной промышленности: энергетический механизм образования постоянного электрического тока в аккумуляторе. Горная промышленность. 2023;(1):80–88. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-1-80-88
Информация о статье
Поступила в редакцию: 10.12.2022
Поступила после рецензирования: 16.01.2023
Принята к публикации: 19.01.2023
Информация об авторах
Колесниченко Игорь Евгеньевич – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой проектирования и строительства автомобильных дорог, заместитель директора – научный руководитель Шахтинского автодорожного института (филиала), Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова; г. Шахты, Российская Федерация. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1063-5304; e-mail: kolesnichenko_igor@rambler.ru
Колесниченко Евгений Александрович – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры проектирования и строительства автомобильных дорог Шахтинского автодорожного института (филиала), Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова; г. Шахты, Российская Федерация. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5595-1079; e-mail: kolesnichenko-2718@rambler.ru
Любомищенко Екатерина Игоревна – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры проектирования и строительства автомобильных дорог Шахтинского автодорожного института (филиала), Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова; г. Шахты, Российская Федерация. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9495-7385; e-mail: katya87lk@mail.ru
Колесниченко Евгений Игоревич – студент кафедры проектирования и строительства автомобильных дорог Шахтинского автодорожного института (филиала), ЮжноРоссийский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова; г. Шахты, Российская Федерация. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8740-9356; e-mail: z_kolesnichenko@mail.ru
Список литературы
1. Гутаревич В.О., Рябко К.А., Рябко Е.В., Захаров В.А. Обзор конструкций тяговых аккумуляторных батарей, применяемых на шахтных электровозах. Известия вузов. Горный журнал. 2020;(2):109–118. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2020-2-109-118
2. Нижниковский Е.А. Тенденции развития химических источников тока для автономного электропитания миниатюрной техники. Межведомственный научный совет по комплексным проблемам физики, химии и биологии при Президиуме РАН. Вестник Российской академии естественных наук. 2009;9(3):57–64.
3. Онищенко Д.В. Современное состояние вопроса использования, развития и совершенствования химических источников тока. ДВО РАН Институт химии. Исследовано в России. 2007;9:1341–1441. Режим доступа: https://echemistry.ru/assets/files/stati/sovremennoe-sostoyanie-voprosa-ispolzovaniya-razvitiya-i-sovershenstvovaniya-himicheskih-istochnikov-toka.pdf?ysclid=ld1kh3bgmq245738463
4. Чуриков А.В., Казаринов И.А. Современные химические источники тока. Саратов; 2008. 50 с. Режим доступа: http://elibrary.sgu.ru/uch_lit/657.pdf
5. Каменев Ю.Б., Чезлов И.Г. (сост.) Современные химические источники тока. Гальванические элементы, аккумуляторы, конденсаторы. СПб.: СПбГУКиТ; 2009. 90 с. Режим доступа: https://books.gikit.ru/pdf/fulltext/39.pdf
6. Варыпаев В.Н., Дасоян М.А., Никольский В.А. Химические источники тока. М.: Высшая школа; 1990. 240 с.
7. Островидов Е.А., Волынец Н.Ф. Химия. Химические источники электрической энергии. СПб.: СЗПИ; 2000. 24 с.
8. Жерин И.И., Амелина Г.Н., Страшко А.Н., Ворошилов Ф.А. Основы электрохимических методов анализа. Томск: Изд-во Томского политехнического университета; 2013. Ч. 1. 101 с.
9. Простов В.Н. Основы химической физики. М.: Московский физико-технический университет (Государственный университет); 2003. 85 с.
10. Кухлинг Х. Справочник по физике [Пер. с нем.] М.: Мир; 1982. 520 с.
11. Кочуров А.А., Гумелёв В.Ю., Шевченко Н.П. Теоретические основы решения проблемы увеличения сроков службы аккумуляторных батарей при хранении и повышения эффективности способов их восстановления. Рязань: Ряз. высш. возд.-дес. ком. уч-ще (воен. ин-т); 2012. 252 с.
12. Наумов В.И., Паничева Г.А., Четырбок Л.Н., Мацулевич Ж.В. Атом. Химическая связь и строение вещества. Нижний Новгород: Нижнегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева; 2012. 344 с.
13. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А., Любомищенко Е.И., Колесниченко Е.И. Теоретическое и экспериментальное обоснование первичной энергии и электронно-энергетических явлений образования электрического тока. Горная промышленность. 2022;(2)97–102. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-2-97-102
14. Колесниченко И.Е., Артемьев В.Б., Колесниченко Е.А., Любомищенко Е.И. Квантовая теория энергетических процессов в молекулярных структурах угольного пласта. М.: Горная книга; 2020. 40 с.
15. Нечаев А.В. Основы электрохимии. Екатеринбург: УрФУ; 2010. 107 с. Режим доступа: https://study.urfu.ru/Aid/Publication/9517/1/Nechyaev.pdf
16. Зубович С.О., Суркаев А.Л., Сухова Т.А., Кумыш М.М., Рахманкулова Г.А. Курс лекций. Физика. Часть III. Электричество. Волгоград: ВПИ (филиал) ВолгГТУ; 2015 г. 81 с.
17. Глинка Н.Л. Общая химия. 30-е изд. М.: Интеграл-Пресс; 2002. 728 с.
18. Волькенштейн М.В. Биология и физика. Успехи физических наук. 1973;109(3):499–515. Режим доступа: http://www.ufn.ru/ufn73/ufn73_3/Russian/r733c.pdf
19. Кузнецов С.И. Курс физики с примерами решения задач. Ч. II. Электричество и магнетизм. Колебания и волны. 4-е изд. Томск: Изд-во ТПУ; 2013. 370 с.
20. Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Крючков Ю.Ю. Квантовая физика. Томск: Изд-во Томского политехнического университета; 2009. 320 с.
21. Тюшев А.Н. Физика в конспективном изложении. Часть III. Основы молекулярной физики и термодинамики. Квантовая физика. Новосибирск: СГГА; 2000. 166 с.
