qs = dпр σ
тогда общий заряд q = dпр σ S
Напряжение (или разность потенциалов) U, возникаемое на концах пьезоматериала вычисляется через напряженность электрического поля Е и толщину пьезоматериала h: U = Е h
В свою очередь, напряженность электрического поля Е в данной точке численно равна силе F, с которой поле действует на заряд q, помещенный в эту точку: Е = к q/r2
где к = 8,987 109 Нм2/Кл
U = к q h /r2 = к h dпр σ S/ r2
Площадь круга S = π r2
Окончательное выражение:
U = к q h /r2 = к h dпр σ π (4)
Из формулы (4) следует, что для вычисления формируемой разности потенциалов U следует знать величину механического напряжения σ [Н/м2], а также величину пьезомодуля dпр [Кл/Н] и толщину пьезоматериала.
Формула (4) справедлива для любого пьезоматериала, а в колокольне и храме имеются два, а иногда и три пьезоматериала. Это:
сульфид ртути, или киноварь в вазонах и подставках на крышах секций колокольни и на крыше храма;
кварц в толстых стенах всех строений, толщина их составляет полтора два метра, а иногда, до 5 метров;
кварц в фундаменте;
иногда для храмов и колоколен белого цвета характерно наличие другого пьезоматериала кальцита.
В системе «колокольня-храм» действуют два вида прямого пьезоэффекта: на киновари, расположенной в вазонах и подставках, и на кварце (или кальците), которой может быть не менее 25 40% в стенах обоих сооружений.
Пьезоэффект на киновари является предварительным процессом, который инициирует более мощный процесс пьезоэффекта на кварце, расположенного в стенах и в основании строений.
Обычно эксперты оценивают силу удара очень приблизительно как «большую» или «небольшую». Следует признать, что указанная оценка силы удара является не только приблизительной, но и весьма субъективной, что снижает ее доказательное значение. Анализ работ судебных медиков, изучавших различные аспекты механизма и условия возникновения повреждений при действии тупым предметов, позволяют выделить четыре степени силы удара тупыми предметами [77]:
1) небольшая сила удара до 160 Ньютонов;
2) значительная сила удара от 160 до 1960 Н;
3) большая сила удара от 1960 до 4900 Н;
4) очень большая сила удара более 4900 Н.
Величина возникаемой разности потенциалов связана с накоплением поляризационных зарядов и прямо пропорциональна величине механического воздействия, как показано на рис. 12. От колокола можно получить очень большую силу отдачи до 4900 Н.
Рис. 12
Рис. 12. График зависимости связанных поляризационных зарядов от приложенной силы [61]
Пьезомодуль кварца хорошо известен. Итак, в основной формуле (4) остается неизвестным параметр пьезомодуля для киновари. Автор потратил много усилий, чтобы найти величину пьезомодуля киновари. Однако усилия были безуспешными. Складывается впечатление, что неизвестные силы специально скрывают эту информацию. Выход из положения был найден по подобию. В литературе указываются свойства киновари и с какими другими соединениями они совпадают, или на какие соединения похожи.
Так, в литературе [62] указывается следующее: «Кристаллическая структура киновари гексагонального облика, в целом напоминающая искажённую структуру NaCl c координационным числом 6 (точнее 2+4 и для Hg и для S). Спецификой кристаллического строения киновари являются непрерывные цепочки S Hg S с ковалентной связью между ионами, вытягивающиеся параллельно оси с по правой или левой винтовой оси (чем обусловлена выраженная способность вращения плоскости поляризации). Структура типа искаженной структуры NaCl или PbS. Ионы Hg окружены шестью ионами S по искаженным октаэдрам. Основой строения кристаллической решетки киновари являются бесконечные спиральные цепи SHg S, расположенные || оси с, по правой или по левой винтовой оси, что обусловливает у этого непрозрачного минерала сильно выраженную способность вращения плоскости поляризации, намного большую, чем у кварца. Гомополярные связи между Hg и S одной и той же цепочки значительно сильнее связей между атомами соседних цепочек. Параллельная укладка независимых винтовых цепочек обусловливает отчетливую спайность по призме».
Итак, в литературе есть свойство схожести киновари, как пьезоматериала с NaCl и с сегнетовой солью. По сегнетовой соли информация имеется табл. 1.
Таблица 1. Пьезомодули для разных пьезоматериалов [73]
Величины пьезомодуля для кварца и сегнетовой соли:
литература [73] (табл. 1), кварц 2,31 1012, сегнетова соль 275 10 -12 Кл/Н;
литература [74], кварц 2,31 1012, сегнетова соль (275500) 10 -12 Кл/Н;
литература [75], кварц 2,31 1012, сегнетова соль 790 10 -12 Кл/Н;
Отношение пьезомодуля киновари, к пьезомодулю кварца, подобно отношению пезомодулю сегнетовой соли, к величине пьезомодуля кварца, и составляет величину 119 341; среднее значение 230 раз.
Получается, что для одинаковой эффективности пьезоэффекта, связанного с излучением ультразвука и электромагнитных волн, масса киновари должна быть в 230 раз меньше!
Вот почему вставки из киновари на крышах храмов и колоколен передвигали вручную, и их вес, судя по размерам, составлял, примерно, от 10 до 20 кг. Если бы это был кварц, то для аналогичного эффекта, его размер должен быть равен от 2,3 тонн, до 4,6 тонн. Вот в чем причина применения киновари в системе «колокольня- храм» для сбора энергии. Киноварь легко поддается поляризации и прямому пьезоэффекту, и по массе его требуется в 230 раз меньше, чем если бы для этих целей использовался пьезоматериал в виде кварца!!!
Представители древних цивилизаций прекрасно знали свойства киновари и ртути, вот почему они использовали киноварь в двух главных физических принципов: для многократного роста собираемых зарядов на крыше куполов (с использованием паров ртути) и для возбуждения пьезоэффекта, в результате которого формировались волны, являющиеся запускающими для другого мощного процесса пьезоэффекта на кварце, содержащегося в объеме всего храма и колокольни.
Неопределенным в этом всем процессе является точная величина пьезомодуля киновари. По-видимому, эту величину специально не включают в справочники, и очень редко пишут о подобии свойств с сегнетовой солью. На самом деле даже если взять значение меньше минимальное для пьезомодуля сегнетовой соли, например, 100 1012, всё равно отношение по сравнению с кварцем, составит 43 раза, и это очень значительно. Для получения одинакового воздействия, вставка с кварцем должна быть массой 430 кг, при массе вставки киновари всего в 10 кг.
Теперь, когда все значения известны, то можно по формуле (4) найти возникаемую разность потенциалов при пьезоэффекте в двух случаях:
для киновари, у которой пьезомодуль, ориентировочно, равен 275 1012 Кл/Н;
для кварца, у которого пьезомодуль точно равен 2,31 1012 Кл/Н.
Историческая справка о применении киновари
В древности из киновари получали пигмент красного цвета для отделочных работ и живописи. Жители Древнего Рима с помощью этой краски украшали дома, писали фрески и картины. На Руси ее использовали в хохломе. И даже старые книги с заголовками красного цвета появились именно благодаря киновари.
Историки полагают, что Чингис-Хан захватил Фергану исключительно для того, чтобы монополизировать производство ртути, которым этот город славился.
Плиний старший в своих сочинениях, упоминал о том, что Рим закупал в Испании до 4,5 тонн ртути.
Киноварная краска применялась на территории современной Турции с 8 тыс. до н. э., киноварные месторождения юго-восточных провинций современного Китая разрабатывались с 4 тыс. до н. В древнем Египте киноварь и металлическую ртуть использовали с 3-го тысячелетия до н. э., в древней Индии с 12 тысячелетий до н. э. В Египте был найден сосуд с ртутью, датированный XV XVI вв. до н. э. В Египте, Месопотамии и Китае был известен способ получения ртути из киновари при помощи меди и уксуса. В VII в. до н. э. ассирийские ремесленники применяли ртуть для золочения металлических поверхностей (амальгамирование). Aмальгамирование было известно древним грекам и римлянам, они знали и о токсичности самой ртути и её соединений, в частности сулемы. Ртуть и киноварь упоминаются в «Естественной истории» Плиния Старшего [69].
Киноварь это важная руда ртути. У минерала есть красивая ярко-красная или коричневато-красная окраска, напоминающая цвет крови. Считается что название восходит к греческому «киннобарис» что означает кровь дракона. Но у Геродота есть данные что греки увозили красную краску из Приазовья, где велась добыча ещё раньше нашей эры. А древние скифы звали эту краску «киннабис».