ЭКСПЕРИМЕНТ № 1: 

Гексагональная топология с последовательным включением полупроводников с контактной разностью потенциалов

Цель: 

Оценка электрофизических характеристик гексагональной схемы, в которой полупроводниковые элементы (сформированные на поверхности меди после высокотемпературного обжига) включены последовательно с участками из разнородных металлов (константана и нихрома).

Методика: 

А) Изучалась система, состоящая из 23 гексагональных электрических контуров, построенных по «сотовому» принципу: в каждом контуре — полупроводник (CuO) включён последовательно с двумя различными металлами. 

Б) Для отдельного элемента применялась модель: 7 последовательно соединённых диодов (p–n элементов) и проводников с направлением от константана к нихрому (– константан + нихром). 

В) Использовалась схема без гальванического заземления. Измерения напряжений производились в термодинамически стабильных условиях (t = 24 С). 

Конструкция и примеры соединений представлены на следующем рисунке.

Рис. 1. Схема эксперимента: структура гексагональной ячейки из металлов и полупроводника (p-типа).

Вариант конструктивного исполнения системы, у которой полупроводники в каждом контуре включены последовательно показан на следующем рисунке.

 Рис. № 2.  Варианты конструктивного исполнения систем.

Результаты:

Сводные значения выходных характеристик приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты измерений (Эксперимент № 1)

                                                                                                 Таблица № 1.

Термодинамическое равновесие, t=24 градуса.
Система	U вых., мВ.	ΔU вых. мВ. (человек приближается к системе с расстояния 2-х метров)	I к.з., мкА	Распределение напряжений по контурам, мВ.
23 контура	30	5	НЕТ!!!	4 ; 3 ; 5 ; 4 ; 6 ; 5 ; 7 ; 6 …   (увеличивается по типу: ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ …)

Наблюдения:

— Зависимость выходного напряжения от положения человека (в пределах 2 м). 

— Отсутствие коротко-замыкающего тока при любых конфигурациях. 

— Динамика напряжения по цепи: на чётных контурах U вых. возрастает на +2…3 мВ, тогда как на нечётных снижается на 1 мВ. 

— Суммарное выходное напряжение не является простой алгебраической суммой напряжений с отдельных контуров. 

— Распределение показаний напряжения по гексагональной структуре демонстрирует признаки взаимной асимметрии, не поддающиеся простому линейному моделированию. 

Вывод:

— В системе фиксируются тонкие токовые и напряженческие асимметрии, обусловленные сложным взаимодействием контактных потенциалов, внешнего электрического и магнитного поля Земли, а также присутствием приближающихся зарядов (человека как объекта). 

— Гексагональная топология проявляет себя как чувствительная к изменениям электрического поля, а изменение напряжения по направлениям может быть интерпретировано аналогично фазированной антенной решётке. 

— Заземление системы не влияет на чувствительность. 

— Зафиксирован потенциал применения топологии как пассивного пространственного датчика перемещений зарядов или источников поля.

ЭКСПЕРИМЕНТ № 2

Гексагональная топология с встречно включёнными полупроводниками и разнородными металлами

Цель:

Анализ поведения гексагональной полупроводниково-металлической структуры, в которой элементы соединены встречно как по направлению включения p–n-переходов, так и по ходу токов в смежных контурах.

Методика:

А) Исследовалась модель схемы, в которой полупроводниковые элементы (оксид меди p-типа) были включены встречно-параллельно внутри каждого контура, а гексагональная топология формировалась из чередующихся участков из константана и нихрома. 

Б) Прототип содержал 4 встречно включённых диода и металлических проводника (константан — диод — нихром), отключённых от земли. 

В) Измерения проводились в термостатированных условиях при температуре окружающей среды 24 C. Все участки подвергались одинаковой термической обработке. 

Схема эксперимента представлена на следующих рисунках.

Рис. № 3. Схема эксперимента.

Вариант конструктивного исполнения системы, у которой полупроводники в каждом контуре включены встречно показан на следующем рисунке.

 Рис. № 4.  Варианты конструктивного исполнения систем.

Результаты эксперимента сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Параметры выходного сигнала для встречно включённых элементов

                                                                                                

Термодинамическое равновесие, t=24 градуса.
Система	U вых., мВ.	ΔU вых. мВ. (человек приближается к системе с расстояния 2-х метров)	I к.з., мкА
2 контура,  подключение+ —	0,02	0,005	НЕТ!
1 контура,  подключение+ 0	0,02	0,005	5

Наблюдения:

— Независимо от количества контуров и типа подключения, фиксировалось выходное напряжение порядка 0,02 мВ.

— При подключении двух контуров в схеме «+ –» ток короткого замыкания отсутствовал.

— При одностороннем подключении («+ 0») ток короткого замыкания достигал 5 мкА.

— При приближении человека к системе (2 м) наблюдалось увеличение выходного напряжения на 5 мкВ.

— Распределение напряжений не является симметричным по отношению к физической оси симметрии системы, что указывает на возникновение локальных асимметрий.

Вывод:

— Даже при встречновключённых p–n-переходах и металлических участках структура продолжает демонстрировать наличие выходного напряжения, чувствительного к электростатическому окружению.

— Фиксируется слабая взаимосвязь между проводимостью и направлением электрического поля, что может свидетельствовать о сложных ёмкостных и диффузионных процессах в зонах контакта.

— Заземление не влияет на чувствительность к переменам в локальном электростатическом фоне.

— Выходное напряжение нестабильно и определяется как внутренней структурой включения, так и положением внешнего объекта (например, человека), что подтверждает возможность использования схемы в качестве детектора присутствия и изменения электростатического или магнитного поля.

ЭКСПЕРИМЕНТ № 3 

Гексагональная топология с встречно включёнными полупроводниками и последовательным соединением контуров

Цель: 

Исследование выходных характеристик и чувствительности гексагональной электроцепи, в которой полупроводники включены встречно с разнородными металлами внутри каждого элемента, а сами гексаконтуры соединены последовательно между собой.

Методика:

A) Анализировалась система на основе гексагональной топологии, в которой полупроводники (CuO, p-типа) включены встречно с участками из константана и нихрома в каждом контуре. Контуры соединялись строго последовательно, в цепь от 1 до 46 элементов. 

B) Исследования проведены на следующих семи образцах:

1. Одиночная термопара: (– константан / + нихром); 

2. Один диод; 

3. 6 последовательно соединённых диодов; 

4. 6 диодов и участков – константан / + нихром; 

5. 14 контуров; 

6. 23 контура; 

7. 46 контуров. 

C) Эксперименты проводились как с заземлением, так и без него. Напряжение и токи короткого замыкания измерялись при t = 24 C. Также определялась зависимость выходных параметров от:

— приближения человека (2 м); 

— ориентации конструкции относительно магнитного поля Земли. 

Схемы экспериментов и вариантов конструктивной реализации систем приведены на следующих рисунках.

Рис. 5. Схемы экспериментов.

 Рис. № 6.  Варианты конструктивного исполнения систем.

Результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3. Показатели выходного напряжения и тока

 

Термодинамическое равновесие, t=24 градуса.
Система	Система без заземления				Система заземлена
	U вых., В.	I к.з., мкА	ΔU вых. мВ. (человек приближается к системе с расстояния 2-х метров)	ΔU вых. мВ.  (ориентация в магнитном поле земли. Перераспределения на отдельных контурах)	U вых., В.	I к.з., мкА	ΔU вых. мВ. (человек приближается к системе с расстояния 2-х метров)	ΔU вых. мВ.  (ориентация в магнитном поле земли. Перераспределения на отдельных контурах)
1 термопара         (- константан,               + нихром)	0,035	0	0	0	0,035	0	0	0
1 диод	U1 = 0,001     U2 = 0,35	0	U1 = 0.002                  U2 =0.020	0	U1 = 0,001     U2 = 0,35	0	U1 = 0.002                 U2 =0.020	0
6 диодов	0,11	0	0,02	0	2	0	0,005	0
6 диодов и проводников                (- константан,          + нихром)	0,125	0	0,03	0	2,4	0	0,005	0
6 контуров	0,14	0,09	0,04	0	2	0,5	0,005	0
14 контуров	0,29	0,19	0,09	0,01	3	1	0,01	0
23 контуров	0,35	0,37	0,14	0,02	6,2	6,5	0,02	0
46 контуров	0,67	0,93	0,4	0,05	12,3	13,2

Наблюдения:

— При увеличении количества гексогональных контуров происходит нарастание общего выходного напряжения, однако зависимость не является линейной. 

— У заземлённой 46-контурной системы выходное напряжение составило 12,3 В, при токе короткого замыкания 13,2 мкА. 

— Напряжение на первом контуре составило 5 В, вместо ожидаемых ≈0,56 В (из расчёта равномерного распределения) — выявлено асимметричное распределение потенциала. 

— Разность напряжений между соседними контурами колеблется от 0,2 до 0,7 В и зависит от ориентации относительно поля Земли.

— При приближении человека (даже без прикосновения и на расстоянии до 2 метров) фиксируется изменение выходного напряжения до 0,4 мВ.

Вывод:

— В системе с гексагональной топологией и встречно-последовательным соединением p–n переходов формируется совокупный объёмный заряд в барьерной и диффузионной ёмкости, стабилизируемый контактными разностями потенциалов и фоновой зарядовой средой Земли.

— Это проявляется в выраженных градиентах напряжений и наличию неравномерной генерации, несмотря на нахождение системы в условиях термодинамического равновесия.

— Возникает эффект «сверхпозиционного потенциала» — суммирующегося по мере увеличения числа контуров, но не линейно.

— Реакция системы на местоположение наблюдателя (влияние внешнего статического заряда) указывает на чувствительность к электростатическому фону, что может быть использовано для пространственной локализации объектов — аналог фазированной антенной решётки.

— Конструкция демонстрирует свойства электрета с объёмной поляризацией и потенциально может применяться как сенсор слабых полей или в автономной микро-генерации.

ЭКСПЕРИМЕНТ № 4 

Исследование отдельного элемента источника электрической энергии на основе полупроводников и металлов с контактной разностью потенциалов в условиях термодинамического равновесия

Цель: 

Оценка возможности генерации электрического сигнала (напряжения и тока короткого замыкания) в элементарной системе, состоящей из одного или нескольких p-типа полупроводников, соединённых через разнородные металлические проводники (константан и нихром), при отсутствии теплового или внешнего электрического воздействия.

Методика:

A) Исследуемая система состоит из пяти последовательно включённых полупроводниковых участков (CuO, сформированного термообжигом медной проволоки) с закороткой через разнородные металлы (константан — нихром). 

B) Для сравнения регистрировались параметры одиночной термопары и одиночного диода, подключённых отдельно к милливольтметру в прямом и обратном направлениях. 

C) Основной режим эксперимента – измерение выходного напряжения (Uвых) и тока короткого замыкания (Iк.з.) при последовательном отключении отдельных полупроводников из цепи. 

Схема экспериментального узла приведена на рис. 7.

Рис. № 7. Схема эксперимента

Результаты сведены в таблице 6.

Таблица 6.

Наблюдения:

— Один полупроводник, соединённый с двумя разнородными металлами, даёт максимально стабильный выходной сигнал: Uвых = 0,16 мВ и Iк.з. = 1,5 мкА; 

— Изменение количества включённых в цепь полупроводников не оказывает устойчивого влияния — ток и напряжение изменяются нерегулярно. Это говорит о нелинейном распределении ёмкостей и напряжений; 

— Отдельная термопара и одиночный диод, как субъекты сравнения, не демонстрируют выходного тока короткого замыкания при равновесных условиях; 

— Изменение взаимной ориентации диодов или металлов не критично в пределах данного эксперимента; 

— Показатели не зависят от заземления системы и положения наблюдателя (отсутствует влияние электростатического заряда человека).

Вывод:

— Полученные результаты показывают, что даже один полупроводник, соединённый с двумя разнородными металлическими проводниками, способен генерировать устойчивое напряжение и ток короткого замыкания в условиях термодинамического равновесия. 

— Эффект не достигается ни при использовании изолированного полупроводника, ни при использовании простой термопары; он возникает исключительно в сочетании «полупроводник – металл1 – металл2». 

— Реакция системы на изменение количества закороченных элементов носит волнообразный (дискретный) характер, что позволяет предполагать наличие внутренних резонансных ёмкостных и/или диодных эффектов. 

— Работа системы не зависит от приближения человека или внешних полей, а генерируемое напряжение постоянно в указанных условиях.

— Такой элемент можно условно рассматривать как простейший «ячеистый» элемент генератора на основе контактной разности потенциалов с встроенной функцией накопления заряда в полупроводниковом объёме p-n типа — аналог элементарной формы электрета.

Таким образом, эксперимент подтверждает возможность создания минимального источника сигнала в замкнутой системе в условиях, близких к равновесным, только за счёт контактных и полупроводниковых свойств материалов. Это открывает перспективу дальнейших разработок в области автономных микроисточников и сенсорных ячеек.

Общий вывод по всем экспериментальным работам (эксперименты № 1–4):

В результате серии экспериментальных исследований, выполненных на гексагональных топологиях электрических контуров, основанных на системах из полупроводников p-типа (оксид меди), соединённых с разнородными металлами (константан, нихром), получены следующие обобщённые результаты и выводы:

1. Электрогенерация без внешнего воздействия: 

Во всех конфигурациях — как при последовательном, так и встречно-последовательном включении контуров — наблюдается генерация выходного напряжения и/или тока короткого замыкания в условиях, близких к термодинамическому равновесию (t = 24 C, отсутствие теплового или светового воздействия), что является нетривиальным результатом с точки зрения классической электрофизики. Это стало возможно только при использовании гетерогенных материалов на границах металл–полупроводник.

2. Роль материала и направления соединения: 

— Конфигурации с чередованием константана и нихрома обеспечивают направленное движение заряда за счёт разности их функций выхода; 

— Наибольшее напряжение и устойчивость сигнала наблюдаются в системах с последовательным включением полупроводников через разнородные металлы (эксперименты № 1 и № 3); 

— Системы с встречно-параллельным включением (эксперимент № 2) демонстрируют минимальные выходные значения, однако сохраняют отклик на внешние электростатические поля.

3. Гексагональная топология как усилитель и «фокусатор»: 

Наличие многоконтурной гексагональной структуры приводит к суммарному накопительному эффекту, аналогичному сетке электрета или аккумуляторной решётке. Выходное напряжение при последовательном включении 46 гексаконтуров достигло 12,3 В при токе короткого замыкания до 13,2 мкА (эксп. № 3), несмотря на то, что напряжение на одном отдельном контуре составляет 0,1–0,16 В.

4. Чувствительность к внешним полям:

— Зафиксированы надёжные изменения выходного напряжения при приближении человека без физического контакта (2 м — ΔU до 0,4 мВ), что указывает на высокую чувствительность к электростатическому полю; 

— Системы демонстрируют фазоподобное поведение при изменении ориентации в магнитном поле Земли — напряжения перераспределяются по узлам; 

— Заземление практически не влияет на чувствительность, что говорит о внутренней поляризации и способности системы работать как плавающий источник/датчик.

5. Выходные параметры не линейны: 

Суммарное напряжение не является арифметической суммой напряжений с отдельных контуров, а ток короткого замыкания не пропорционален числу элементов. Напряжение на отдельных контурах изменяется нелинейно, что может быть объяснено контурными колебаниями ёмкостей и взаимодействием с внешним электростатическим ландшафтом (подобие фазированной антенной решётки).

6. Эффективность миниатюрных ячеек: 

Показано, что даже одна ячейка (полупроводник + константан + нихром) даёт стабильно измеряемый ток (1,5 мкА) и напряжение 0,16 мВ — что открывает путь к созданию микроисточников питания или пассивных сенсоров внешнего поля.

7. Объёмная накопительная природа эффектов: 

Подтверждено, что заряд в системе накапливается не на обкладках, а в объёме p–n перехода — в барьерной и диффузионной ёмкости. Это делает изучаемые структуры по свойствам близкими к электрета — твёрдотельному носителю постоянного внутреннего поля, не зависящему от внешнего источника тока.

8. Потенциал практического применения:

— Пассивные сенсоры электростатического и магнитного поля; 

— Источники питания ультранизкой мощности для систем IoT; 

— Электростатическая и магнитометрическая локация объектов; 

— Системы анализа загрязнения и радиационного фона через флуктуации электрических свойств среды;

Заключение:

Все четыре эксперимента подтверждают, что гексагональная топология, полупроводниковая активная поверхность (p-тип оксида меди), комбинированная с электростатически разнородными металлами, позволяет реализовать эффект самоподдерживающейся генерации выходного сигнала в отсутствие классических внешних факторов возбуждения. Эти явления дают основание говорить о принципиально новом подходе к энергоактивной топологии и сверхчувствительной электроемкостной сенсорике. Работа систем за пределами идеального термодинамического равновесия требует дополнительного теоретического осмысления и разработки моделей описания на основе нелинейной электростатики, физики контактных переходов и вариативной ёмкости.