Em driver что это
Обновлено: 07.07.2024
Периодически нам присылают вопросы связанные с EmDrive – гипотетическом двигателе, который который по заявлениям его разработчиков создаёт тягу за счёт стоячих электромагнитных волн в замкнутом резонаторе. Вот, например, один из таких вопросов:
Расскажите про последние испытания EmDrive? Подтвердили или опровергли? Работоспособна ли вообще та идея?
Давайте разбираться вместе.
Появление EmDrive
Двигатель EmDrive был предложен британским инженером Роджером Шойером в 1999-м году. Одновременно Шойер выпустил несколько публикаций, в которых приводил объяснения принципа работы своего двигателя. В последующие годы Шойер провел несколько демонстраций своего двигателя, который по его заверениям создавал тягу в 0.02 и 0.1 Н.
Благодаря широкому освещению в прессе проект Шойера вызвал интерес у учёных в разных стран. Так в разное время экспериментами связанными с EmDrive занимались учёные Китая, США, Германии, Великобритании и других стран.
Теория
Сразу возникли вопросы по поводу теоретического обоснования принципа работы двигателя. Из публикаций Шойера было ясно, что он плохо разбирается в тех разделах физики, о которых пытается рассуждать. В частности его понимание природы давления электромагнитного излучения слишком упрощено.
Также двигатель EmDrive не выбрасывает никой реактивной массы, не испускает ни излучения, ни каких-либо частиц. Проще говоря двигатель Шойера нарушает закон сохранения импульса — один из наиболее фундаментальных физических законов.
EmDrive по мысли его автора делает примерно то же, что и барон Мюнхгаузен, вытаскивающий себя за волосы из болота. EmDrive по мысли его автора делает примерно то же, что и барон Мюнхгаузен, вытаскивающий себя за волосы из болота.Ну и наконец объяснения принципа работы двигателя в статьях Шойера противоречивы (в разных работах Шойера описание принципа работы двигателя различается) и представляют собой наукообразную белиберду.
Практика
На этом бы про двигатель EmDrive и забыли бы — в конце концов мало ли сумасшедших изобретателей «невозможных двигателей» знала история? Общее у них всегда только одно — их поделки не работают. Но внезапно в 2010-м году группа китайских учёных во главе с профессором Яном Цзюанем заявили о том, что смогли получить тягу в 0.72 Н с помощью модели двигателя Шойера.
Это подогрело интерес к двигателю. Действительно, объяснения принципов работы двигателя Шойером — полная чепуха, но история знает не один пример изобретений, которые работали не благодаря, а вопреки объяснениям их автора. Ярким примером может служить радиопередатчик Николы Теслы. Может быть Шойер случайно сам того не поняв нашел какой-то ранее неизвестный физический эффект?
Учёные разных стран начали пытаться воспроизвести эксперименты Шойера и китайских учёных. Но, увы, ничего не получалось. Так учёные из NASA пытались получить тягу на двигателе EmDrive но смогли получить крайне малые не превышающие 0.0001 Н, что граничило с погрешностью измерений. Заявленных изобретателем значений, а также значений полученных китайскими учёными достичь не удалось.
Параллельно с этим немецкие учёные в университете Дрездена также проводили эксперименты с EmDrive. Значения тяги полученные немецкими учёными оказались сопоставимы со значениями, полученными в NASA. Кроме того был обнаружен забавный эффект: двигатель всегда создавал тягу в одном и том же направлении, даже если его разворачивали на 180 градусов. Это объясняется тем, что двигатель не удалось достаточно экранировать от магнитного поля Земли, т.е. тяга создавалась не столько самим двигателем, сколько воздействием магнитного поля на электроды двигателя.
Прототип EmDrive представленный Роджером Шойером в 2006-м году Прототип EmDrive представленный Роджером Шойером в 2006-м годуЧто же до группы китайских учёных под руководством Яна Цзюаня, которые зарегистрировали даже большую тягу, чем заявлял изобретатель, то еще до публикаций окончательных результатов исследований как американских, так и немецких учёных они сами же опровергли свои предыдущие результаты: аномально высокая тяга былы получена из-за ошибок при регистрации результатов измерений во время экспериментов. После устранения этих ошибок результаты китайцев оказались примерно такими же как и у американцев и немцев.
Вывод
Подводя итог можно заключить, что EmDrive неработоспособен. Те небольшие значения тяги, которые регистрировались независимыми исследователями во-первых часто были неотличимы от погрешности измерений, а во-вторых могут быть легко объяснены действием магнитного поля Земли.
Сам проект представляет собой либо сознательное мошенничество со стороны его автора с целью привлечения инвестиций, либо же его автор на полном серьёзе заблуждается — среди изобретателей вечных двигателей и т.п. это не редкость.
EmDrive — это просто
Изобретение по сути представляет собой замкнутый радиоволновый резонатор, ограниченный конической и двумя плоскими поверхностями — «крышками», как показано на рис.1:
<img src https://habrastorage.org/r/w780q1/webt/w_/v-/d6/w_v-d6s6-98rmt-p-tfyyn6wvve.jpg" data-src="https://habrastorage.org/webt/w_/v-/d6/w_v-d6s6-98rmt-p-tfyyn6wvve.jpg" data-blurred="true"/>" alt=«image»/>
Рис.1
Оказывается, заявленный принцип действия заключался в том, что при движении электромагнитной волны к узкому концу резонатора групповая скорость волны (V1) уменьшается, при движении к широкому возрастает (V2). Поэтому реакция при отражении волны от широкого конца резонатора должна быть больше, чем от узкого.
Результирующая — тяга (F) должна быть направлена в сторону широкого конца.
Действительно, из теории волноводов известно, что групповая скорость волны вблизи критической частоты сильно зависит от диаметра волновода, (видимо, данный конус рассматривается автором EmDrive как волновод с переменным сечением).
Также не противоречит теории прямая зависимость импульса волны от групповой скорости. Но, во-первых, электромагнитное поле внутри резонатора считается результатом суперпозиции волн, каждая из которых при движении между стенками не получает никакого приращения скорости и импульса по абсолютной величине, только меняет направление при отражении от стенок. Поэтому повода сомневаться в законе сохранения импульса эти волны не дают.
Во-вторых, волны несут импульс не только вдоль оси волновода или резонатора, но и создают давление (P) на коническую стенку(рис.1). Результирующая этого давления имеет осевую составляющую (F1), направленную противоположно силе тяги (F), заявленной Шойером. Эта составляющая им не учтена, но нет причины сомневаться, что эти силы уравновесят друг друга.
Мое желание докопаться до истины было связано с тем, что очень давно я придумал аналогичный двигатель без отдачи, только с более простой и очевидной идеей, в чем предлагаю убедиться.
Для этого рассмотрим силы, действующие на рамку с током i (рис.2, вверху),
свойства которой лежат в основе работы большинства электродвигателей. Силы (F), действующие на элементы рамки стремятся ее разорвать. При этом каждому элементу рамки соответствует другой с противоположным направлением действующей на него силы, так что их равнодействующая равна нулю.
Рис.2
Удалим кусок рамки, как показано на рис.2 внизу. Постоянный ток протекать теперь не может, но для переменного разрыв не препятствие благодаря емкости разомкнутых концов рамки. Этот ток через пустоту называется током смещения, он играет важную роль в максвелловской теории электромагнитного поля.
Как видим, сила F, приложенная к правому элементу рамки не уравновешивается теперь левым элементом, которого нет и рамка должна получать импульс, вопреки закону сохранения.
Ток в такой разомкнутой рамке может быть совсем не маленьким. Если частота тока приближается к резонансной для данных размеров (теория длинных линий), его величина приближается к току короткого замыкания.
Кстати, излучение в данном рассуждении не играет роли, так как можно рамку поместить в экран или заменить отрезком закрытой коаксиальной линии. Модель такого устройства была построена и испытана, только до публикаций и мировой известности дело не дошло.
EmDrive дает тягу из-за плохого экранирования
В течение нескольких лет ученые ведут обсуждение «невозможного двигателя» EmDrive, который дает «лишнюю» тягу, которая берется как бы из ниоткуда. Его многократно проверяли, как обычные энтузиасты, так и ученые из НАСА. Каждый раз оказывалось, что двигатель хотя бы и очень малую тягу, но дает. И это каждый раз вызывало удивление и непонимание экспертов.
На днях стало известно о результатах проверки «невозможных» двигателей (не только EmDrive) со стороны ученых из Дрезденского технического университета. Результаты неутешительны для тех, кто уже собирался лететь на EmDrive к звездам. Ученые, проводившие эксперименты, уверены, что тяга возникает из-за плохого экранирования двигателя.
EmDrive был представлен широкой общественности в 1999 году Роджером Шойером. На Geektimes он неоднократно описывался. В частности, говорилось, что конструкция двигателя — это несколько элементов, включая несимметричный резонатор и магнетрон. Последний направляет на резонатор электромагнитное излучение, провоцируя появление стоячих электромагнитных волн. Из-за того, что конструкция несимметрична, волны создают разное давление на стенки двигателя и дают тягу.
Ранее утверждалось, что работа двигателя нарушает закон сохранения импульса. Два года назад НАСА опубликовало результаты исследования двигателя. Тогда ученые выяснили, что в случае подведения электрической мощности в 60 Вт двигатель дает тягу около 80 микроньютонов. После того, как столь авторитетная организация опубликовала такие результаты, с ними уже мало кто хотел спорить, хотя до этого момента большое количество ученых подвергали сомнению существование тяги.
Относительно недавно к хору голосов, ратующих за «двигатель нового типа» присоединились и китайцы, которые заявили, что EmDrive работает. Тем самым они подтвердили результаты опытов их коллег из НАСА. Сообщалось даже, что ученые из КНР решили испытать двигатель на орбите Земли.
Сейчас возможности двигателя решили изучить специалисты под руководством Мартина Таймара из Дрезденского университета. Они использовали для измерения тяги двигателей при помощи специализированной установки, разработанной более четырех лет назад и с тех пор непрерывно совершенствующейся. Это нечто вроде крутильных весов, которые были изобретены в конце XVIII века, их использовали для проверки и измерений законов Кулона и Ньютона. Правда, если в обычных крутильных весах использовалась нить, то в разработке немцев установлены чувствительные крутильные пружины, удерживающие камеру с двигателем. Смещение камеры измеряется при помощи лазерного интерферометра.
Точность устройства настолько высока, что оно позволяет зафиксировать силу тяги величиной в несколько микроньютонов. Для того, чтобы обеспечить чистоту экспериментов, ученые решили снизить до минимума влияние факторов, которые могли бы дать лишнюю тягу. Для этого двигатель поместили в условия почти полного вакуума, установили систему мониторинга микроклимата установки и защитили двигатель от наводок при помощи дополнительных экранов.
Несмотря на все принятые меры предосторожности двигатель продолжал работать, его тяга составила около 4 микроньютонов. Это даже несколько больше, чем показывали результаты нескольких других экспериментов. Но проблема в том, что были зафиксированы и смещения камеры. Хуже всего для стройной теории «невозможного двигателя» то, что тяга сохранялась даже в том случае, если электромагнитные колебания внутри подавлялись.
По мнению специалистов все это потому, что никакой неучтенной тяги нет, а проблема — с внешними факторами, пускай и малозаметными. Один из факторов — магнитное поле Земли. Выше уже говорилось, что несмотря дополнительную защиту двигателя экранами тяга все равно появлялась. Поэтому и был сделан вывод о тяге в качестве проявления воздействия магнитного поля Земли.
Кроме EmDrive испытывались и другие двигатели, включая двигатель Маха, который был предложен Джеймсом Вудвартом в 1990 году. Здесь для работы используются принцип, что инерционная масса тела возникает лишь за счет гравитационного взаимодействия со всеми телами Вселенной. Взаимодействие изменяется в том случае, если колеблются отдельные части тела, что позволяет колебаться и массе тела. Если подобрать изменения установив определенный порядок, можно добиться тяги. Тяга получилась тоже небольшой — что-то около 1,2 микроньютона. Но как оказалось величина тяги все равно зависела от угла поворота двигателя, что указывает на наличие внешних факторов, как и в случае с EmDrive.
Пока что доказательства «неработоспособности» двигателей являются лишь косвенными, но ученые работают над тем, чтобы ознакомить со своим трудом других коллег. Многие ученые и раньше высказывались в отношении работы EmDrive в том духе, что несмотря на то, что внешний фактор, который обеспечивает «лишнюю» тягу, пока не найден, вся конструкция не может нарушать законы физики. Речь идет либо о погрешности, либо о том самом неучтенном факторе. Единороги — не существуют, как бы нам того ни хотелось.
Как работает драйвер и для чего он нужен?
Основное назначение драйвера – это упрощение процесса программирования работы с устройством.
Он служит «переводчиком» между хардовым (железным) интерфейсом и приложениями или операционными системами, которые их используют. Разработчики могут писать, с помощью драйверов, высокоуровневые приложения и программы не вдаваясь в подробности низкоуровневого функционала каждого из необходимых устройств в отдельности.
Как уже упоминалось, драйвер специфичен для каждого устройства. Он «понимает» все операции, которые устройство может выполнять, а также протокол, с помощью которого происходит взаимодействие между софтовой и железной частью. И, естественно, управляется операционной системой, в которой выполняет конкретной приложение либо отдельная функция самой ОС («печать с помощью принтера»).
Если вы хотите отформатировать жесткий диск, то, упрощенно, этот процесс выглядит следующим образом и имеет определенную последовательность: (1) сначала ОС отправляет команду в драйвер устройства используя команду, которую понимает и драйвер, и операционная система. (2) После этого драйвер конкретного устройства переводит команду в формат, который понимает уже только устройство. (3) Жесткий диск форматирует себя, возвращает результат драйверу, который уже впоследствии переводит эту команду на «язык» операционной системы и выдает результат её пользователю (4).
Драйвер устройства и с чем его едят
Как уважаемый хабрапользователь наверняка знает, «драйвер устройства» — это компьютерная программа управляющая строго определенным типом устройства, подключенным к или входящим в состав любого настольного или переносного компьютера.
Основная задача любого драйвера – это предоставление софтового интерфейса для управления устройством, с помощью которого операционная система и другие компьютерные программы получают доступ к функциям данного устройства, «не зная» как конкретно оно используется и работает.
Обычно драйвер общается с устройством через шину или коммуникационную подсистему, к которой подключено непосредственное устройство. Когда программа вызывает процедуру (очередность операций) драйвера – он направляет команды на само устройство. Как только устройство выполнило процедуру («рутину»), данные посылаются обратно в драйвер и уже оттуда в ОС.
Любой драйвер является зависимым от самого устройства и специфичен для каждой операционной системы. Обычно драйверы предоставляют схему прерывания для обработки асинхронных процедур в интерфейсе, зависимом от времени ее исполнения.
Любая операционная система обладает «картой устройств» (которую мы видим в диспетчере устройств), для каждого из которых необходим специфический драйвер. Исключения составляют лишь центральный процессор и оперативная память, которой управляет непосредственно ОС. Для всего остального нужен драйвер, который переводит команды операционной системы в последовательность прерываний – пресловутый «двоичный код».
Как создается драйвер устройства
Для каждого устройства существует свой строгий порядок выполнения команд, называемой «инструкцией». Не зная инструкцию к устройству, невозможно написать для него драйвер, так как низкоуровневые машинные команды являются двоичным кодом (прерываниями) которые на выходе отправляют в драйвер результат, полученный в ходе выполнения этой самой инструкции.
При создании драйвера для Линукса, вам необходимо знать не только тип шины и ее адрес, но и схематику самого устройства, а также весь набор электрических прерываний, в ходе исполнения которых устройство отдает результат драйверу.
Написание любого драйвера начинается с его «скелета» — то есть самых основных команд вроде «включения/выключения» и заканчивая специфическими для данного устройства параметрами.
И чем драйвер не является
Часто драйвер устройства сравнивается с другими программами, выполняющими роль «посредника» между софтом и/или железом. Для того, чтобы расставить точки над «i», уточняем:
- Драйвер не является интерпретатором, так как не исполняется напрямую в софтовом слое приложения или операционной системы.
- Драйвер не является компилятором, так как не переводит команды из одного софтового слоя в другой, такой же.
Ну и на правах рекламы – вы всегда знаете, где скачать новейшие драйвера для любых устройств под ОС Windows.
Читайте также: