新发现---电感负载并联适当的电容器时做功增大[原创]
利用电容器补偿无功功率，可以节约电能10%以上，这虽然是事实，但因节电的原因说不清楚，利用书中节能的公式也计算不出来，所以在当代对利用电容器是否节电的问题还有争论。
本人对此问题探讨30多年，通过对调谐电路具有选择信号能力的分析，找到了利用电容器节约电能的原因：主要是利用了电路谐振现象，可以称是“广义的电路谐振”。
为了证明利用电容器是否节约电能，在领导和同志们的帮助下，做了许多试验，特别是关注新闻有关节能的报导，我新发现：电感负载并联适当的电容器时做功增大
一、实践是检验真理的唯一标准
利用电容器节约电能的事实是无法否认的，节约与增大实质是一样的。如果负载做功大小不变，输入的电能减少，称节约电能；如果输入的能量不变，负载做功增大，称增加能量。
在电力系统中安装适当的电容器时，因负载做功多少不变，输入的电能减少，称节约电能；本人为了证明利用电容器是否节约电能时，输入的能量和输出的能量都在变化，就要通过电容器安装前、后电源输入电能和负载做功大小的对比。
有关试验情况如下：
1、本人试验：
（1）试验设备和电路：①在100伏安的变压器前边，接220伏60W电灯泡（图中没有），目的是隔开与总电路相通。②在变压器的输入端并联适当的电容器。③在变压器的输出端接一个20W的灯泡。如图所示。
（2）试验方法：①将电容器调到容量最小位置好比断路，此时接通电灯泡后，灯泡不太亮。用电流表测得一次电流为：0.32安，二次电流为0.5安。
②将电容器的容量调到适当位置，即容抗等于感抗，发现电灯泡比原来亮。再测一次电流0.25安，二次电流0.6安。
（3）对试验分析：①输入电流减少：（0.32-0.25）÷0.32=21%；
②输出电流增大：（0.6-0.5）÷0.5=20%，
③因没有功率电表输入有功功率是否减少，无法测量，但因电流减少，输入的电能不会增加。但输出的是纯电阻负载，有功功率因数为1，电流增加，电压不可能降低，输出的有功功率增加20%以上，这是不用测量的。此试验虽小，但说明问题却很大，它证明在低压电网中安装电容器后，不仅节约大量有功功率，还能使负载做功增大。
2、大连钢厂钢丝厂的试验:据《钢铁信息》1994年第253期报导，该厂在154kW的异步电动机上安装电容器，经过试运行证明，功率因数比原来提高0.1~0.15，电源故障少。按电力消耗计算，年降低15%，据1994年上半年统计，用该项节电技术后，实际节电3.2万kWh，效益1.6万元。
如果按此节电效果计算，在500kW的异步电动机上安装电容器，一年节约的电费就是10万元，中等企业可以有10~20台这样的电动机，如果全安装上电容器，一年节约电费就是100~200万元。
3、鞍钢矿山公司齐大山铁矿试验;
据《鞍钢日报》1995年4月26日报导，该单位先后对19台电铲全部安装了电容补偿器，使节电率达18%，每台年节电3.8万kWh，如果每kWh按0.4元计算，经计算19台电铲一年可节约电费28.28万元。
据单位人讲：安装电容器后，电压稳定，解决起动困难问题，以前起动需要两分多钟，安装电容后不到一分钟就达到额定转速。
4、网友的试验(来信)：
我以前没做过这样的实验，今天做了一下，实验过程如下：第一次实验：
并联电容后输出电流和电压没有任何改变，详细过程略。
分析：我们这里电网情况比较好，内阻很小，变压器功率不是很大，所以才出现这种情况。
第二次实验：在变压器前串联一个电阻，模拟内阻较大的电网。如电路图：
其中，R1=1kΩ，R2=1Ω，C=0.5微法。
（一）并联电容前：
原边电流为0.08A，电压为160V，视在功率约为12.8W，有功功率为8.1W。
输出端电流为2.75A，电压为2.75V，功率约为7.56W。
（二）并联电容后：×÷
原边电流为0.06A，电压为174V，变压器输入电流:0.087安,视在功率约为15.138W，有功功率为9.6W。有功功率因数0.6328；有功功率率加：9.6-8.1=1.5W
(0.087×174-0.08 ×160)×0.6328=(15.138-12.8)×0.6328=1.479W
输出端电流为2.97A，电压为2.97V。功率约为8.82W
原边视在功率减少72.5%，有功功率增加18.5%。
输出端功率增加16.7%。
以上四个试验证明：电感负载并联适当的电容器，不仅能补偿无功功率的损失，还能增加有功功率，大约20%左右。利用电容器补偿无功功率的同时，能增大有功功率这是一个新发现
二、术学公式计算最能说明问题
1、负载中的电流大于输入的总电流是公认的
在交流电路中作用力为电源（电压），反作用力为负载（阻抗）。电源做功大小（对电子）与电压成正比，与总阻抗成反比。计算公式：I=U/Z ；当电路谐振时的计算公式：Q=X/R ；I负=QI总
电感负载中的电流大于输入的总电流，不会错，这是公认的。
2、电感负载中的有功功率增大计算公式是符合事实的
发电机和变压器输入功率是由输出功率决定的，在变压器或电动机中，感抗和阻抗是不变的，有功功率因数也是不变的。这都是公认的。
从实践中得知：并联电路谐振时，电感负载具有高阻抗特性，实际是负载中的端电压增加，电流增大。此现象是电工书中没有讲的，是客观存在的事实（详见上面的小试验），这是一个新发现。
因为电感负载（变压器或电动机）中的有功功率因数不变，对电感负载来讲：P=IUCOSφ 因 COSφ不变，I和U增加，P必然增加。计算公式：P节=(I2U2-I1U1)COSφ；式中I2和U2代表安装电容器后的负载中的电流和电压；I1和U1代表安装电容器前的电流和电压值。
在电工书中节能的计算成本公式：P节=（I21-I22）R，当线路中的电阻很小时，节电也很少。尤其是在电感负载中节电情况没有计算公式，误认为负载中的电流和电压大小不变，负载做功大小也不变。在总电路中输入电流减小，有功功率因数提高，减少线路中的有功功率损耗。所以许多人认为安装电容器对电力部门有好处，对本单位有害处。
3、并联谐振电路具有高阻抗的特性，就是产生内电动势的结果
在电感负载中的电流大小是总路中的电流和电容支路中的电流矢量和，在电感负载中的电流大小与端电压成正比，与负载中的阻抗成反比。因负载中的总阻抗值大小不变，端电压增大，所以负载中的电流增加。此现象好比直流电路中的两个电池并联一样。
书中和内行人都承认在电力系统中安装适当的电容器具有稳定电压的作用，电压与电流是密不可分的，I=U/Z 式中I代表电流，U代表电压，Z代表总阻抗。
三、新发现的重大意义
新观点是书中理论的新发展，与书中的计算公式没有矛盾。电路谐振为什么产生能量，人们不好理解，暂时不谈此问题。只讲并联电容器后，负载做功增大的现实意义和科学价值。
1、现实意义：能说明利用电容器节电原因，对推广利用电容器节电有极大的好处。
2、科学价值：当电路谐振时增加的有功功率大于铜损时，就可以扩大电能。例：当品质因数Q值大于2以上时，负载中的电流也是输入总电流的2倍，负载中的有功功率也是原来的2倍。
从网友试验结果中得知：并联电容器后输出有功功率8.82，输入有功功率不会比安装前增加，安装前为8.1；增加：（8.82-8.1）÷8.1=8.8%；因输出大于输入，就证明电路谐振时产生了能量。
（1）突破一次补偿，变为多次补偿。从小试验结果中得知，一次补偿能节电10-20%；再去掉各种损耗，也能节电10%左右，如果连续补偿就会不断地扩大电能。
（2）突破对感性负载补偿，增加对阻性负载的补偿。以前人们只在电感性负载中进行无功功率补偿，对纯电阻性负载中没有补偿。
（3）适当增大电流频率，可以增加“谐振能”。因为感抗大小与电流频率成正比，提高频率，就能提高品质因数，品质因数是谐振能的重要参数。
（4）能引起爆炸式的发明：利用新理论可以有许多重大发明，“谐振能发电器”可以利用在汽车、火车轮船和发电站等各个地方，解决能源不足问题，推动生产力的大发展。
相对论分为广义相对论和狭义相对论
广义相对论的基本概念解释：
广义相对论是爱因斯坦继狭义相对论之后,深入研究引力理论,于1913年提出的引力场的相对论理论.这一理论完全不同于牛顿的引力论,它把引力场归结为物体周围的时空弯曲,把物体受引力作用而运动,归结为物体在弯曲时空中沿短程线的自由运动.因此,广义相对论亦称时空几何动力学,即把引力归结为时空的几何特性.
如何理解广义相对论的时空弯曲呢?这里我们借用一个模型式的比拟来加以说明.假如有两个质量很大的钢球,按牛顿的看法,它们因万有引力相互吸引,将彼此接近.而爱因斯坦的广义相对论则并不认为这两个钢球间存在吸引力.它们之所以相互靠近,是由于没有钢球出现时,周围的时空犹如一张拉平的网,现在两个钢球把这张时空网压弯了,于是两个钢球就沿着弯曲的网滚到一起来了.这就相当于因时空弯曲物体沿短程线的运动.所以,爱因斯坦的广义相对论是不存在“引力”的引力理论.
进一步说,这个理论是建立在等效原理及广义协变原理这两个基本假设之上的.等效原理是从物体的惯性质量与引力质量相等这个基本事实出发,认为引力与加速系中的惯性力等效,两者原则上是无法区分的；广义协变原理,可以认为是等效原理的一种数学表示,即认为反映物理规律的一切微分方程应当在所有参考系中保持形式不变,也可以说认为一切参考系是平等的,从而打破了狭义相对论中惯性系的特殊地位,由于参考系选择的任意性而得名为广义相对论.
我们知道,牛顿的万有引力定律认为,一切有质量的物体均相互吸引,这是一种静态的超距作用.
在广义相对论中物质产生引力场的规律由爱因斯坦场方程表示,它所反映的引力作用是动态的,以光速来传递的.
广义相对论是比牛顿引力论更一般的理论,牛顿引力论只是广义相对论的弱场近似.所谓弱场是指物体在引力场中的引力能远小于固有能,力场中,才显示出两者的差别,这时必须应用广义相对论才能正确处理引力问题.
广义相对论在1915年建立后,爱因斯坦就提出了可以从三个方面来检验其正确性,即所谓三大实验验证.这就是光线在太阳附近的偏折,水星近日点的进动以及光谱线在引力场中的频移,这些不久即为当时的实验观测所证实.以后又有人设计了雷达回波时间延迟实验,很快在更高精度上证实了广义相对论.60年代天文学上的一系列新发现：3K微波背景辐射、脉冲星、类星体、X射电源等新的天体物理观测都有力地支持了广义相对论,从而使人们对广义相对论的兴趣由冷转热.特别是应用广义相对论来研究天体物理和宇宙学,已成为物理学中的一个热门前沿.
爱因斯坦一直把广义相对论看作是自己一生中最重要的科学成果,他说过,“要是我没有发现狭义相对论,也会有别人发现的,问题已经成熟.但是我认为,广义相对论不一样.”确实,广义相对论比狭义相对论包含了更加深刻的思想,这一全新的引力理论至今仍是一个最美好的引力理论.没有大胆的革新精神和不屈不挠的毅力,没有敏锐的理论直觉能力和坚实的数学基础,是不可能建立起广义相对论的.伟大的科学家汤姆逊曾经把广义相对论称作为人类历史上最伟大的成就之一.
狭义相对论就是
狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论,因此要弄清相对论的内容,要先对相对论的时空观有个大体了解.在数学上有各种多维空间,但目前为止,我们认识的物理世界只是四维,即三维空间加一维时间.现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思,只有数学意义,在此不做讨论.
四维时空是构成真实世界的最低维度,我们的世界恰好是四维,至于高维真实空间,至少现在我们还无法感知.一把尺子在三维空间里（不含时间）转动,其长度不变,但旋转它时,它的各坐标值均发生了变化,且坐标之间是有联系的.四维时空的意义就是时间是第四维坐标,它与空间坐标是有联系的,也就是说时空是统一的,不可分割的整体,它们是一种”此消彼长”的关系.
四维时空不仅限于此,由质能关系知,质量和能量实际是一回事,质量（或能量）并不是独立的,而是与运动状态相关的,比如速度越大,质量越大.在四维时空里,质量（或能量）实际是四维动量的第四维分量,动量是描述物质运动的量,因此质量与运动状态有关就是理所当然的了.在四维时空里,动量和能量实现了统一,称为能量动量四矢.另外在四维时空里还定义了四维速度,四维加速度,四维力,电磁场方程组的四维形式等.值得一提的是,电磁场方程组的四维形式更加完美,完全统一了电和磁,电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述.四维时空的物理定律比三维定律要完美的多,这说明我们的世界的确是四维的.可以说至少它比牛顿力学要完美的多.至少由它的完美性,我们不能对它妄加怀疑.
相对论中,时间与空间构成了一个不可分割的整体——四维时空,能量与动量也构成了一个不可分割的整体——四维动量.这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系.在今后论及广义相对论时我们还会看到,时空与能量动量四矢之间也存在着深刻的联系.
物质在相互作用中作永恒的运动,没有不运动的物质,也没有无物质的运动,由于物质是在相互联系,相互作用中运动的,因此,必须在物质的相互关系中描述运动,而不可能孤立的描述运动.也就是说,运动必须有一个参考物,这个参考物就是参考系.
伽利略曾经指出,运动的船与静止的船上的运动不可区分,也就是说,当你在封闭的船舱里,与外界完全隔绝,那么即使你拥有最发达的头脑,最先进的仪器,也无从感知你的船是匀速运动,还是静止.更无从感知速度的大小,因为没有参考.比如,我们不知道我们整个宇宙的整体运动状态,因为宇宙是封闭的.爱因斯坦将其引用,作为狭义相对论的第一个基本原理：狭义相对性原理.其内容是：惯性系之间完全等价,不可区分.
著名的麦克尔逊--莫雷实验彻底否定了光的以太学说,得出了光与参考系无关的结论.也就是说,无论你站在地上,还是站在飞奔的火车上,测得的光速都是一样的.这就是狭义相对论的第二个基本原理,光速不变原理.
由这两条基本原理可以直接推导出相对论的坐标变换式,速度变换式等所有的狭义相对论内容.比如速度变幻,与传统的法则相矛盾,但实践证明是正确的,比如一辆火车速度是10m/s,一个人在车上相对车的速度也是10m/s,地面上的人看到车上的人的速度不是20m/s,而是(20-10^(-15))m/s左右.在通常情况下,这种相对论效应完全可以忽略,但在接近光速时,这种效应明显增大,比如,火车速度是0.99倍光速,人的速度也是0.99倍光速,那么地面观测者的结论不是1.98倍光速,而是0.999949倍光速.车上的人看到后面的射来的光也没有变慢,对他来说也是光速.因此,从这个意义上说,光速是不可超越的,因为无论在那个参考系,光速都是不变的.速度变换已经被粒子物理学的无数实验证明,是无可挑剔的.正因为光的这一独特性质,因此被选为四维时空的唯一标尺.
