产生力的设备和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请根据35u.s.c.§119要求于2018年12月3日提交的美国临时专利申请序列号62/917，379的权益，该申请题为“用于过滤的方法和设备”，其主题通过引用并入本文。

所描述的实施例涉及过滤、泵送和/或浓缩感兴趣对象。

背景技术：

过滤、泵送或改变感兴趣对象的浓度通常会消耗有用的能量。例如，在采用反渗透的典型脱盐设备中，从溶液中分离溶质消耗了电能形式的有用功率。类似地，传统飞机发动机在产生推力的过程中泵送流体消耗有用的能量，例如以碳氢化合物燃料的形式或以电池的形式单独提供的有用的能量。

技术实现要素：

促进感兴趣对应从第一容器扩散到第二容器的方法，包括提供包括体力发生设备(bfga：bodyforcegeneratingapparatus)的过滤设备。bfga被配置为在感兴趣对象上施加每单位质量的体力，所述感兴趣对象诸如空气分子、水分子、尘埃粒子、离子、电子和介质内的其他类型的基本粒子或组成部分。bfga产生的力场引起感兴趣对应的空间变化势能，即空间变化势场。bfga以这样的方式配置，其中势场的空间或时间梯度在空间中的至少一个位置或在时间上的至少一个时刻足够强，使得感兴趣对象在该场中经历偏离正常统计行为。正常统计行为可以指由麦克斯韦-玻尔兹曼统计、费米-狄拉克统计或玻色-爱因斯坦统计描述的行为。例如，势梯度可以大于感兴趣对象的平均能量的0.1％与邻近势梯度的感兴趣对象的1000个平均自由路径的长度或者1000个平均自由时间之比。

当上述足够陡的势梯度与具有不同陡度或不同梯度幅度的势梯度以不对称方式组合时，可以在动态边界条件中实现感兴趣对象的净扩散，或者可以在静态边界条件中实现浓度差异。例如，体力可以是惯性的、重力的、磁力的、电的或电磁的。体力也可以是由于阻力引起的感觉到的或一般体力，例如，导致一般势能的阻力。

进一步的细节以及实施例和方法在下面的详细描述中描述。该概述并不旨在定义本发明。本发明由权利要求限定。

附图说明

附图说明了本发明的实施例，其中相同的数字表示相同的部件。

图1a是本发明示例性实施例的剖视图。

图1b是图1a所示示例性实施例的几个物理特性根据位置的示意性曲线图。

图2是本发明示例性实施例的几个物理特性根据势阱深度变化的曲线图。

图3a是本发明示例性实施例的剖视图。

图3b是图3a所示示例性实施例的几个物理特性根据位置的示意性曲线图。

图4a是本发明示例性实施例的剖视图。

图4b是图4a所示示例性实施例的几个物理特性根据位置的示意性曲线图。

图5a是本发明示例性实施例的剖视图。

图5b是图5a所示示例性实施例的几个物理特性根据位置的示意性曲线图。

图6a是本发明示例性实施例的剖视图。

图6b是图6a所示示例性实施例的几个物理特性根据位置的示意性曲线图。

图7是本发明的一个实施例在超音速冲压发动机中的应用的剖视图。

图8是处于闭合配置的图7的示例性实施例的剖视图。

图9是通过本发明示例性实施例的压力值对穿过的空气的比容的曲线图。

图10是通过本发明的另一个示例性实施例的压力值对穿过的空气的比容的曲线图。

图11是示出根据各种实施例的过滤设备3400的另一实施例的示意图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的一些示例性实施例，其示例在附图中示出。

此处使用的术语“介质”描述能够容纳、携带、运输或转移感兴趣对象的任何材料。例如，介质可以是气体、液体、固体或真空。默认情况下，介质是指与特定设备交互的所有对象的集合。

这里使用的术语“对象”描述介质的任何组分。对象可以被描述为粒子，例如灰尘粒子、煤烟粒子、水滴或水分子。对应的其他例子是亚原子粒子，如电子或质子。对象也可以被描述为波，如光子、声子或海浪。对象也可以是虚拟对象，如量子力学所描述的虚拟光子、虚拟电子或虚拟正电子。对象可以具有感兴趣特性，以及定义特性，其可以用来将一个对象与介质的其他对象区分开来。本发明的实施例适用于可以被认为包括不同对象的任何介质。

可以将“动态边界条件”定义为一种简化的情形，其中第一容器和第二容器处的介质的特性在时间和空间上是相同和一致的。例如，对于动态边界条件，第一容器和第二容器中的oi的密度可以是相同的，其中密度是在离本发明的实施例非常大的距离处测量的，使得该实施例不影响测量。

可以将“静态边界条件”定义为一种简化的情形，其中第一和第二容器在尺寸上是有限的，并且除了本发明的允许第一和第二容器之间的oi交换的实施例之外，第一和第二容器彼此隔离，并且与任何其他容器隔离。在静态边界条件下，第一和第二容器中的感兴趣介质的宏观特性已经达到稳态值，其中稳态值在时间和空间上基本恒定，即在整个容器中基本均匀。例如，这种宏观特性可以指介质的压力、温度或密度。例如，oi的密度在整个第一和第二容器中可以是基本均匀或恒定的，这也适用于于本发明实施例附近的容器的部分。对于静态边界条件，第一和第二容器的平均密度值不必相同。

图1a是本发明示例性实施例的剖视图。

在第一容器1和第二容器2中，介质包括感兴趣对象，或“oi”，其由单独的粒子示意性地表示，例如粒子3的示意性表示。为了简单起见，介质可以被认为是包含单原子分子的理想气体。在其他实施例中，介质可以由其他类型的对象组成，例如水分子。在任何一个容器或室中，介质也可以包括几种不同类型的对象，例如盐水中的钠离子和氯离子。

在该实施例中，力发生设备被配置为在oi上施加力。在图1a中，为了简单起见，在图1a中没有示出力发生设备。

有许多不同的方法可以将力施加到oi上。该力可以以每单位质量的体力或加速度的形式施加到oi上，作用在单个oi上。

这种每单位质量的体力的一种类型是作用在介质上的重力加速度。

势场梯度的存在会产生体力。一个这样的例子是由电势梯度产生的力。例如，介质的元素可以被配置为带电的。在介质的上下文中，术语“元素”是指介质的组成部分，例如亚分子粒子、分子或独特或特定的分子集合。例如，在气体的情况下，分子可以是正离子化或负离子化的。该介质还可以包括移动电子的集合。请注意，这个集合可以包含在固体中，例如导体，或者其也可以描述为气体。通过在容器内施加电场，可以在容器内介质的带电元素上产生每单位质量的体力。

对于其他实施例，使用、获取或创建具有移动电荷的介质可能是不可能的或不方便的。在这种情况下，介质的元素可以通过施加电场来极化，或者这些元素可以已经具有固有的极化，如在极性分子(例如水)的情况下。当放置在电场梯度中时，这些极化的元素可以经受体力。注意，除了其他参数之外，所述力的幅度取决于极化轴相对于电场的取向。因此，电场可以被配置成在容器中的介质中的极性元素上产生每单位质量的体力，以及如果需要，极化介质中的元素。电场可以以本领域已知的无数方式施加

磁力也可以用来产生体力。该介质可以包括抗磁性、顺磁性或铁磁元素。当被磁化时，介质中的各个元素可以形成磁偶极子，或者这些元素已经具有固有的磁偶极子，例如电子。当这些磁偶极子被放置在具有非零旋度或梯度的磁场中时，它们会经受体力。注意，除了其他参数之外，体力的幅度是磁偶极子相对于局部磁场的取向的函数。因此，外部磁场可以被配置为在容器中的介质中的磁化元素上产生每单位质量的体力，并且如果需要，磁化介质中的元素。除了本领域已知的其他方法之外，磁场可以由铁磁体或其他至少瞬时磁化的元素产生，或者由流经电磁体的电流产生。

每单位质量的体力也可能来自惯性效应。例如，容器可能会在惯性系中受到加速度。这导致介质相对于容器加速。惯性力可由线性加速度产生，即容器在惯性系中沿直线的运动。惯性力也可以由角加速度产生，即容器沿弯曲路径的运动。一般来说，惯性力可以由惯性系中的任何加速运动产生。采用其他类型的力或其组合的实施例在本发明的精神和范围内。

在一些实施例中，该力也可以机械地施加到oi，例如通过推力发生设备，例如机翼、翼面、螺旋桨、涡轮机，例如离心式或轴流式压缩机、喷嘴或导管。在这样的设备中，不需要包含oi的介质的整体流动，例如在静态边界条件期间。换句话说，轴向压缩机可以被配置成压缩介质，而没有介质在轴向方向上的整体流动。

在这两种情况下，即其中作用在介质上的力是每单位质量的体力的情况，以及其中作用在介质上的力由涡轮机机械施加的情况，可以将势定义为作用在oi上的平均力值在相对于指定参考点的位移上的积分。请注意，在这种情况下，势是数学构造，不需要有物理表现。因此，这里使用的术语“势”也可以被称为伪势，以便将这里帮我的势与传统的保守势(例如电势或重力势能)区分开来。可以在任何热容器内定义一个位置，该位置经受平均力，该平均力是关于该位置处的势的值。对于给定的势，在容器中有一组可能的点，在该组可能的点处势的值是给定的势的值。一般来说，该组套描述了三维等势面。

作用在介质上的力由力发生设备提供。例如，如果力是机械力，则力发生设备可以是轴向压缩机。例如，如果力是每单位质量前的体力，则力发生设备可以是电场发生设备。作用在介质上的力可以被认为产生了单独oi的相关的一般势能。在机械地提供作用在介质上的力的情况下，如本文为所使用的，“一般势能”在空间或时间中的指定的第一点和第二点之间的变化是当oi从第一指定点移动到第二指定点时作用在oi上的力的积分的平均值，其中平均值是沿着由具有所有可能的初始能量的所有可能的oi在指定点之间可以采用的所有可能路径计算的。一般势能是各个oi在空间中在两个指定点之间沿指定路径运动时受到指定力的结果。

在一个简化的例子中，考虑oi逆着每单位质量的体力自由移动。该oi将经历其平均动能的减少和其平均一般势能的对应增加，其中平均值可以在包含oi的特定体积或容器上计算，例如。自由运动是指oi只与其他oi较弱地相互作用，或者根本不与其他oi相互作用。例如，空气分子可以被认为在与其他空气分子的碰撞之间自由移动。在所述自由运动期间与引力场相互作用的空气分子可以经历其一般势能和动能的变化。在这个例子中，一般势能可以被认为与常规势能相同。

在另一个例子中，通过经受静态边界条件的传统轴向涡轮机向上游扩散的oi，即由轴向涡轮机施加在包含oi的介质上的力的相反方向，将平均减速一定量，即由于与涡轮机相互作用而经历平均动能的平均减少。压缩机被配置成在不存在包含oi的介质在第一点和第二点之间通过压缩机的净整体流动的情况下，相对于位于压缩机的另一端的第二容器中的压力，增加位于压缩机的一端的第一容器中的压力。在这种假设的情况下，假设轴向涡轮无摩擦，即，为简单起见，假设不由于与涡轮叶片和包含oi的介质之间的相对运动相关的摩擦加热含油润滑介质。替代地，轴向涡轮通过摩擦传递到包含oi的介质的热的速率可以通过在标称操作期间从介质中移除热的相等速率来平衡，其中热移除可以是例如通过热传导。平均动能的上述减少与oi的一般势能的对应增加有关。注意，这样的过程通常不与oi的常规势能的增加相关联，而是oi和环境之间的能量交换。因此，如本文所用，一般势能的变化可以指保守过程或非保守过程。请注意，有不同类型的一般势能，例如重力、电或机械一般势能。如本文所用，一般势能通常是指与特定的一组力发生设备相关联的一般势能，其或者是特定的，或者从上下文中是清楚的。

在图1b中，纵轴9表示特定物理特性的值，横轴10表示沿y轴的、测量所述物理特性的位置。

在图1b中，沿y方向指定位置处的oi的平均一般势能值由线11表示。在该特定示例性实施例中，第一容器1内的各个oi的一般势能在空间和时间上是恒定的，如恒定区4所示。如恒定区8所示，第二容器2内的一般势能在空间和时间上也是恒定的。在该简化示例中，第一容器1和第二容器2中的个体oi的势能是相同的。水平虚线12指示第一容器1中的通用势能的值，以供参考。如上所述，通用势能11是与在oi上施加力的力发生设备相关联的通用势能。在其他实施例中，第一容器1中的一般势能11可以大于或小于第二容器2中的一般势能。

从第一容器1扩散到第二容器2的oi将首先在第一过渡区5中遇到逐渐减小的一般势能11。在所描绘的实施例中，一般势能的渐变5是线性的。在其他实施例中，在第一过渡区5中，一般势能11可以以增加的速率或减少的速率减少。在第一过渡区5之后，从第一容器1扩散到第二容器2的oi将遇到恒定区6。在其他实施例中，不需要区6，其中一般势能基本上是恒定的。在恒定区6之后，从第一容器1扩散到第二容器2的oi将遇到第二过渡区7。在所描绘的实施例中，一般势能的渐变7是线性的。在其他实施例中，在第二过渡区7中，一般势能11可以以增加的速率或减少的速率增加。相对于第一过渡区5中的一般电势11的变化率，第二过渡区7中的一般电势11沿y方向的变化率在幅度上更大，并且在符号上相反。图1a中的实施例的功效可以通过增加第二过渡区7中沿y方向的一般电势11的变化率的幅度来增加。在图1a中，第二过渡区7沿y轴的范围在恒定区6中的、即在第一过渡区5和第二过渡区7之间的oi的平均自由路径的数量级上。结果，第二过渡区7中包含oi的介质的压缩不能被认为对应于理想气体的绝热压缩。在图1a中，第一过渡区5沿y轴的范围比第二过渡区7沿y轴的范围大得多，使得第一过渡区5中包含oi的介质的压缩可以模拟为理想气体的常规绝热压缩。在其他实施例中，不需要是这样的，而是只要在第一过渡区5中由于力发生设备引起的oi的一般势能的梯度的幅度小于第二过渡区7，并且满足对本领域技术人员来说显而易见的其他相关条件即可。在图1a中，在整个第一过渡区5或第二过渡区7中oi的一般势能的变化在第一容器中oi的平均能量的数量级上。一般来说，在第一过渡区5中，一般势能的每单位变化的oi碰撞数大于第二过渡区7中。碰撞可以发生在oi和另一oi、其他对象或表面之间，其中碰撞被配置为能够改变oi沿y方向的速度分量。本文所用的“碰撞”是指能够沿着瞬时作用线改变物体的动能的事件，负责一般势能的力发生设备的力沿着该瞬时作用线起作用。结果，oi在正或负y方向上扩散通过第二过渡区7的行为可以被描述为理想单原子气体的绝热膨胀或压缩，其程度小于oi在负或正y方向上通过第一过渡区5扩散的的行为。结果，第二容器2中包含oi的介质的热力学性质可以不同于第一容器1中包含oi的介质的热力学性质。同样的原理也适用于其他类型的介质，如其他理想气体、真实气体或导体中的电子。相比于其中对于第一变化和第二变化而言空间或时间梯度的幅度是相同的参考情况，与一般势能在相反于第一变化的方向上的第二变化相比，对于介质内的oi所经历的一般势能的第一变化，介质内的oi的一般势能的空间或时间梯度的幅度的差异可用于来改变介质的热力学性质。

注意，当第二过渡区7沿y轴的范围小于第一过渡区5沿y轴的范围，但是比第二过渡区7内的oi的最小平均自由路径大几个数量级时，

对于静态边界条件，与第一容器1相比，第二容器2中的介质的热力学性质的差异可以非常小。

注意，在其他实施例中，oi通过任何过渡区，例如第一过渡区5或第二过渡区7的行为不需要是绝热的。例如，热量可以在整个过渡区与环境进行交换。在一些实施例中，例如，通过过渡区的oi的行为可以是等温的。当在正y方向上通过例如类似于第一过渡区5的第一过渡区扩散时，oi也可以经历等压压缩。在一些实施例中，质量也可以在整个过渡区与环境交换。

图1a和图1b所示的示例性简化实施例的操作原理将在以下段落中详细描述。

在图1a中，为了简单起见，第一过渡区5被模拟为包含oi的理想单原子气体的绝热压缩。因此，温度13在第一容器1和恒定区6之间线性增加。如上所述，在其他实施例中，包含oi的介质的压缩不需要是绝热的，并且压缩不需要遵循理想气体定律。水平虚线14表示第一容器中的包括oi的介质的温度值，以供参考。压力15在第一过渡区5中绝热地增加。水平虚线16表示由第一容器中的包括oi的介质的压力值，以供参考。密度17在第一过渡区5中绝热地增加。水平虚线18表示由第一容器中的包括oi的介质的压力值，以供参考。注意，在静态边界条件下，oi可以在正和负y方向上扩散通过第一过渡区5。

在图1a中，第二过渡区7中的一般势能的梯度是有限的。在其他实施例中，一般势能的梯度可以如此之大，以至于可以认为它是无限的。这简化了第二过渡区7的数学模型。出于说明目的，考虑以下简化模型。对于静态边界条件，在大部分恒定区6和第二容器2(即恒定区8)中oi的行为由麦克斯韦-玻尔兹曼分布描述。换句话说，在这个简化的例子中，在恒定区6和恒定区8中包含oi的介质可以被建模为处于热平衡的稳定单原子理想气体。恒定区6中介质的温度、密度和压力大于恒定区4中的温度、密度和压力，其中该增加由前述的力发生设备对理想气体的绝热压缩来描述，该力发生设备降低了第一过渡区5中的一般势能11。

考虑从恒定区6通过第二过渡区7自由移动到恒定区8的oi。由于一般势能的增加，该oi沿y方向的速度将会减小。在这个自由运动过程中，oi沿x和z方向的速度不变。在图1a的上下文中，自由运动是指一个oi在与其他oi发生的碰撞之间的运动。oi从恒定区6通过第二过渡区7到恒定区8的自由运动，即不与其他oi碰撞，可以被称为直接传输。注意，为了使oi从恒定区6通过第二过渡区7自由移动到恒定区8，oi沿y方向的速度必须足够大，以使oi克服一般势能的增加，即克服力发生设备在整个第二过渡区7中沿负y方向施加的力。

考虑从恒定区6扩散到第二过渡区7的测试oi，其中测试oi沿y方向没有足够大的速度分量来克服第二过渡区7中的一般势能的增加。如果测试oi没有与第二过渡区7中的任何其他oi碰撞，oi将返回到恒定区6。这个过程可以称为直接反射。

如果测试oi确实与其他oi碰撞，但是以这样的方式碰撞，即测试oi的沿着y方向的速度分量没有增加到足够大的值以克服进入恒定区8所需的一般势能的剩余增加，则测试oi也将返回到恒定区6。这个过程可以称为间接反映。另一方面，如果测试oi确实以测试oi能够扩散到恒定区8中的方式与其他oi碰撞，则可以认为测试oi已经间接传输通过第二过渡区7。

如上所述，恒定区8中的oi也可以通过直接或间接传输扩散到恒定区6。对于一般势能的给定形貌，恒定区8中的oi不能由第二过渡区7直接反射，因为在图1a所示的特定实施例中，负责第二过渡区7中一般势能变化的力发生设备不产生在第二过渡区中具有正y方向分量的力。注意，一旦oi在离开不同的恒定区(例如恒定区8或4)之后到达恒定区6，在该框架中oi被归于恒定区6。在其他实施例中，从恒定区8进入第二过渡区7的oi可以直接反射回恒定区8。例如，当在负y方向上观察时，一般势能可以在减小之前增加。例如，如图4a中的一般势能150所示，一般势能的这种初始增加可以导致从第二容器进入第二过渡区的oi的直接反射。如上所述，从恒定区8进入第二过渡区7的oi也可以通过间接反射返回到恒定区8。

为了描述操作原理，可以考虑进一步简化的情形，其中在第二过渡区7内没有oi的碰撞。在这种情况下，只考虑从恒定区6直接传输到恒定区8、或直接反射回恒定区6、或从恒定区8直接传输到恒定区6的oi。这种情况代表了限制情况，其中在第二过渡区7中沿着y方向的一般电势的空间梯度的幅度是无限大的。一旦操作原理清晰，它就可以很容易地适应更精确的真实世界情形，例如涉及间接透射和反射的情形，或者服从不同统计分布的oi，例如费米子。

考虑oi从恒定区6直接传输到恒定区8。就在进入第二过渡区7之前，根据所描述的简化模型，通过麦克斯韦-玻尔兹曼分布来模拟oi的速度。在离开第二过渡区7之后，

oi的速度不再由麦克斯韦-玻尔兹曼分布建模。由于在第二过渡区7内没有碰撞，如在这个说明性的简化模型中假设的，到达恒定区8的oi的沿y方向的速度分量以由恒定区8和恒定区6之间的一般势能差确定的值被减少。沿x和z方向的速度不变，即它们保持恒定区6的值。如上所述，只有那些沿y方向具有足够大速度分量的oi能够直接或自由地从恒定区6移动到恒定区8。在简化模型中，只有一部分从恒定区6进入第二过渡区7的oi能够自由地移动到恒定区8中，其余的oi被直接反射回恒定区6，在简化模型中，oi不被假定与第二过渡区7中的其他oi碰撞。能够克服从恒定区6到恒定区8的运动或扩散过程中遇到的一般电势差的oi的平均动能在恒定区8中比在恒定区6中低。在进入恒定区8之后，所讨论的oi与其它oi碰撞。在这些碰撞中，所讨论的oi的速度分布返回到传统的麦克斯韦-玻尔兹曼分布。在这个简化的模型中，假设在这个再分配过程中，所有涉及的oi都保持在恒定区8中，即在再分配过程完成之前，没有oi返回到第二过渡区7。虽然不现实，但这个假设简化了讨论。在正在讨论的解释性简化模型中，oi的平均能量在整个再分配过程中保持不变。换句话说，再分配被假定为绝热的。

考虑oi从恒定区8直接传输到恒定区6。就在进入第二过渡区7之前，根据所描述的简化模型，通过麦克斯韦-玻尔兹曼分布来模拟oi的速度。在离开第二过渡区7之后，oi的速度不再由麦克斯韦-玻尔兹曼分布建模。由于在第二过渡区7内没有碰撞，如在这个说明性的简化模型中假设的，到达恒定区6的oi的沿y方向的速度分量以由恒定区8和恒定区6之间的一般势能差确定的值被增加。沿x和z方向的速度不变，即它们保持恒定区8的值。如上所述，对于一般电势11的给定形貌，在简化模型中，从恒定区8进入第二过渡区7的所有oi能够直接或自由地从恒定区8移动到恒定区6，在简化模型中，oi不被假设为与第二过渡区7中的其他oi碰撞。换句话说，不存在回到恒定区8的直接反射。从恒定区8移动或扩散到恒定区6的oi的平均动能在恒定区6中比在恒定区8中大，这是由于一般势能在整个过渡区7中在负y方向上的减少。在进入恒定区6之后，所讨论的oi与其它oi碰撞。在这些碰撞中，所讨论的oi的速度分布返回到传统的麦克斯韦-玻尔兹曼分布。在这个简化的模型中，假设在这个再分配过程中，所有涉及的oi都保持在恒定区6中，即在再分配过程完成之前，没有oi返回到第二过渡区7。虽然不现实，但这个假设简化了讨论。在正在讨论的解释性简化模型中，oi的平均能量在整个再分配过程中保持不变。换句话说，再分配被假定为绝热的。

在该模型的框架中，对于所讨论的静态边界条件，对于恒定区6中的介质的给定密度和温度以及整个第二过渡区7中的一般势能的给定变化，可以如下计算恒定区8中包含oi的介质的密度和温度。从第二过渡区7进入恒定区8的oi的质量流量必须等于从恒定区8进入第二过渡区7的oi的质量流量。从第二过渡区7进入恒定区8的能量流量必须等于从恒定区8进入第二过渡区7的能量流量。这两个约束方程可以求解恒定区8中oi的温度和密度。相反，约束也可以在第二过渡区7和恒定区6的界面处实施，或者在第二过渡区7内的任何点处实施。

更详细的模型将产生更准确的结果。然而，目前的简化模型足以说明操作的一般原理。

总而言之，图1b和图2简化模型的假设如下。假设第一过渡区中的oi的行为类似于被绝热压缩或膨胀的理想气体。第二过渡区中的oi没有经历任何碰撞。oi可以通过第一或第二过渡区在正或负y方向扩散，并且假设静态边界条件。在恒定区，即过渡区之外的任何区，oi的行为由麦克斯韦-玻尔兹曼分布描述。在扩散通过第二过渡区之前，oi的行为由麦克斯韦-玻尔兹曼分布描述。在扩散通过第二过渡区之后和扩散通过任何其他过渡区之前，oi的速度分布绝热地返回到麦克斯韦-玻尔兹曼分布。例如，图1b中的示例性实施例的特征在于附加的假设，例如一般势能在空间上、而不是在时间上变化的假设，力发生设备产生作用在oi上的、在整个过渡区中在幅度、方向、时间和空间上恒定的力的假设，理想气体是单原子的假设，或者第一容器和第二容器中的一般势能相同的假设。

图2是本发明的一个示例性实施例，对于上述指导性的简化模型，几个物理特性根据势阱深度变化的曲线图。在图1b的背景下，在前面段落中提到的假设下，图2可以被认为解释了类似于图1a和图1b中包含oi的介质的热力学性质。

在图2中，竖直轴36描述了一般势能水平。竖直轴36的单位是任意的，并不打算限制本发明的范围。水平轴37描述了由处于参考一般势能水平的指定物理特性的值归一化的指定物理特性的值，该参考一般势能水平被设置为零。

细实线30描述了理想气体的压力变化，沿水平轴37示出，作为沿轴36示出的一般势能的函数。这种压力变化相当于理想气体在绝热压缩过程中的压力变化。细虚线32描述了对应于压力30的变化的理想气体密度的变化。细虚线34描述了对应于压力30的变化的理想气体的温度变化。因此，温度34的变化是一般势能值的线性函数。

粗实线31描述了相对于第一恒定区中的一般势能，对于第二恒定区中的给定一般势能，对于第一恒定区(例如图1b中的恒定区6)中的给定压力，第二恒定区(例如图1b中的恒定区8)的压力值，其中第一和第二恒定区由一般势能中足够大的空间或时间梯度分开。类似地，粗虚线33描述第二恒定区中的密度值，粗虚线35描述第二恒定区中的温度值。如上所述，在一般势能的空间梯度的情况下，一般势能的差的幅度是与oi在指定空间方向上的运动相关的动能的幅度的数量级，并且位置的差的幅度是相邻恒定区中oi的最小平均自由路径的数量级，例如图1b中恒定区6中的平均自由路径。在一般势能的时间梯度的情况下，一般势能的差的幅度是与oi的运动相关的动能的幅度的数量级，该运动平行于由与一般势能变化相关的力发生设备产生的力的方向，并且时间差的幅度是相邻恒定区中的oi的最小平均自由时间的数量级，例如图1b中的恒定区6中的平均自由时间。平均自由时间是指oi在碰撞之间的平均时间。请注意，压力31、密度33和温度35是使用前述简化假设计算的，因此仅旨在描绘在给定边界条件下oi遇到一般势能中的大梯度的近似行为。进一步注意，描述压力31、密度33和温度35的线不是描述压力、密度或温度根据空间或时间通过具有足够大的梯度的过渡区或过渡周期(例如图1b中的第二过渡区7)的变化，而是描述恒定区(例如图1b中的恒定区8)中的压力、密度或温度，即在前述再分配过程之后的位置或时间段。这与压力30、密度32和温度34形成对比，压力30、密度32和温度34可以被认为也描述了压力、密度或温度作为空间或时间的函数在过渡区或过渡周期中的变化，过渡区或过渡周期具有足够平缓或足够平滑的梯度，例如图1b中的第一过渡区5。线30可以被认为描述了在开始和在平滑和逐渐绝热压缩期间的压力，而线31描述了在不连续膨胀和随后的再分配过程之后的压力，服从上述简化假设。

考虑下面的例子，除非特别说明，该例子与图1a所示的示例实施例具有相似性，其中相似性涉及例如一般势能的形貌以及潜在的假设。边界条件可以由第一容器或第一恒定区提供，例如图1b中的第一恒定区4。在该第一恒定区中，一般势能可以对应于图2所示的0.5的值，并且第一恒定区中的压力、密度和温度可以对应于在一般势能的给定值即0.5时的压力30、密度32和温度34的值。在第一过渡区，包含oi的介质可以以等同于理想气体在第一过渡区内绝热压缩的方式逐渐压缩。如上所述，oi可以在正或负的y方向上扩散通过该过渡区，在整个该过渡区，oi可以被认为分别经历压缩或膨胀，导致一般势能的减少或增加。从第一恒定区扩散通过第一过渡区后，oi遇到第二恒定区，类似于图1b中的恒定区6。在第二个恒定区，压力、密度和温度假定值对应于图2中的势能0。第一过渡区中的压力、密度和温度的变化分别由线30、32和34的部分描述，线30、32和34位于为0的一般势能和为0.5的一般势能之间。从第二恒定区，oi能够通过类似于图1b中的第二过渡区7的第二过渡区扩散到类似于图1b中的恒定区8的第二容器或第三恒定区，反之亦然。根据图2的假设配置第二过渡区。在第三恒定区，一般势能也对应于图2所示的值0.5，在这个特定的例子中，类似于第一恒定区。第三恒定区中的压力、密度和温度对应于一般势能给定值即0.5时的压力31、密度33和温度35的值。

在本例中，第二容器中的温度和压力低于第一容器中的温度和压力。第二容器中的密度大于第一容器中的密度。注意，第一容器和第二容器中的热力学性质是不同的，尽管在该示例中与每个容器相关联的一般势能是相同的。在图1b中也示出了类似的情况，其中由于一般势能11的形貌和静态边界条件下在正和负y方向上的扩散，恒定区8(即第二容器2)中的压力15和温度13低于恒定区4(即第一容器1)。与恒定区4相比，恒定区8中的密度17更大。

上述示例情形可适用于动态边界条件，如下所示。在静态边界条件下，负责产生一般势能的形貌(即空间或时间变化)的力发生设备经历沿图1b中的正y方向作用的力。这是由于第一容器1中的压力比第二容器2中的压力大。更具体地，在第二过渡区7中由oi在正y方向上施加在力发生设备上的力大于在第一过渡区5中由oi在负y方向上施加在力发生设备上的力。对于静态边界条件，这导致力发生设备在正y方向上的净力或净压力。对于动态边界条件，考虑第一容器1中的压力被人为地保持为等于第二容器2中的压力的情况。例如，第一容器可以与第二容器相同。与图1b所示情形的静态边界条件相比，第一容器1中的压力可以被认为已经降低到第二容器2的压力。结果，对于稳定的配置，在该示例中，即对于给定的假设，存在从第二容器2通过势阱11到第一容器1的oi的净扩散或净流动。oi的净运动与沿正y方向作用在力发生设备上的净力相关联。例如，在其他实施例中，oi可以是空气分子，并且第一容器1和第二容器2可以是地球的大气，即第一容器和第二容器是相同的。在这种情况下，负责一般势能形貌的力发生设备可用于产生空气分子的净流。空气分子的净运动与空气温度的降低和作用在力发生设备上的力有关。前述示例中的实施例的操作类似于冷气推进器的操作。作用在力发生设备上的力可以用来做机械功。例如，力可以用于加速力发生设备，或者平衡作用在力发生设备或任何其它附接到其的设备(例如机身、机翼或船体)上的阻力。该力也可具有竖直分量，即该力可用于产生空气动力或流体动力升力。机械功也可以通过发电机转化为电能。本发明的实施例也可以考虑用于涉及泵送的应用。在oi携带电荷的情况下，本发明的实施例可以用于产生电功。这种电功也可以通过电马达转换成机械功。因此，本发明的实施例也可以被考虑用于涉及发电的应用。这种应用以及相关的设备和方法在本领域是众所周知。

在一些实施例中，热力装置可以位于第一容器1和第一过渡区5之间的界面处。热力装置可以是例如轴向或离心式涡轮机或压缩机、导管或喷嘴。在一些实施例中，压缩机或涡轮机可替代地或同时包括往复式活塞。在一些实施例中，可通过导管或人工改变包含oi的介质的流动来进行压缩，即根据流速来减小或增大流动的横截面积。可以以类似的方式进行膨胀。在一些实施例中，喷嘴可以被配置成允许第一过渡区5下游的高压介质在进入第一容器1之前膨胀和加速。在另一个例子中，在进入第一容器1之前，涡轮机可用于在第一过渡区5下游的高压介质膨胀期间提取机械功。

替代地或同时地，在一些实施例中，热力装置可以位于第二容器2和第二过渡区7之间的界面处。热力装置可以是例如轴向或离心式涡轮机或压缩机、导管或喷嘴。例如，压缩机可用于在介质从第二容器2进入第二过渡区之前压缩介质。对于一些实施例，对于由于与oi的相互作用而作用在力发生设备上的给定量的净力，这可用于增加oi的密度并减小力发生设备的尺寸。可选地，在从第二容器2进入第二过渡区之前，可以使用涡轮机来膨胀介质。对于第二过渡区7中一般势能的给定平均梯度，密度的这种减小可以增加第二过渡区7中的oi的平均自由路径，并减少oi在第二过渡区7中经历的碰撞次数。对于一些实施例，对于给定的一般势能形貌，这可以提高实施例的效率。

在另一个例子中，轴流式压缩机可用于在介质离开第二容器2之后和进入第二过渡区7之前压缩介质，轴流式涡轮机可用于在介质离开第一过渡区5之后和进入第一容器1之前膨胀流体。在该膨胀过程中，对于一些实施例或应用，流体可以完成比压缩机对流体所做的更多的机械功。在其他实施例中，介质在进入第二过渡区7之前膨胀，在离开第一过渡区5之后和进入第一容器1之前压缩。如前所述，对于一些实施例或应用，在膨胀过程中，与压缩设备对流体所做的功相比，膨胀设备上的流体可以做更多的机械功。这是由于与进入第二过渡区7之前(即离开涡轮机之后)的介质的压力相比，离开第一过渡区5之后(即进入压缩机之前)的介质压力增加。

在其他实施例中，例如其中势阱的深度大于势阱11的深度的实施例，对于静态边界条件，恒定区8中的压力可以大于恒定区4中的压力，并且对于对应的动态边界条件，可以存在从恒定区4到恒定区8的oi的整体流动，即从第一容器1到第二容器2，通过势阱。

考虑下面的例子，除非特别说明，该例子与图5a所示的示例实施例具有相似性，其中相似性涉及例如沿着oi的扩散路径的一般势能的形貌以及潜在的假设。边界条件可以由第一容器或第一恒定区提供，例如图5b中的第一恒定区189。在该第一恒定区中，一般势能可以对应于图2所示的1.5的值，并且第一恒定区中的压力、密度和温度可以对应于在一般势能的给定值即1.5时的压力30、密度32和温度34的值。在第一过渡区，包含oi的介质可以以等同于理想气体在第一过渡区内绝热压缩的方式逐渐压缩。如上所述，oi可以在正或负的y方向上扩散通过该过渡区，在整个该过渡区，oi可以被认为分别经历压缩或膨胀，导致一般势能的减少或增加。从第一恒定区扩散通过第一过渡区后，oi遇到第二恒定区，类似于图5b中的恒定区191。在第二个恒定区，压力、密度和温度假定值对应于图2中的势能0。第一过渡区中的压力、密度和温度的变化分别由线30、32和34的部分描述，线30、32和34位于为0的一般势能和为1.5的一般势能之间。从第二恒定区，oi能够通过类似于图5b中的第二过渡区192的第二过渡区扩散到类似于图5b中的恒定区193的第二容器或第三恒定区，反之亦然。根据图2的假设配置第二过渡区。在第三恒定区，一般势能也对应于图2所示的值1.5，在这个特定的例子中，类似于第一恒定区。第三恒定区中的压力、密度和温度对应于一般势能给定值即1.5时的压力31、密度33和温度35的值。

在本例中，第二个容器中的压力、密度和温度大于第一个容器中的压力、密度和温度。注意，第一容器和第二容器中的热力学性质是不同的，尽管在该示例中与每个容器相关联的一般势能是相同的。如上所述，注意，通常第二容器中的一般势能的值不需要等于第一容器中的一般势能的值。在图5b中也示出了类似的情况，其中，由于一般势能198的形貌和静态边界条件下在正和负y方向上的oi扩散，恒定区193(即第二容器)中的压力202、密度204和温度200比恒定区189(即第一容器)大。

前述示例情形可以以与前述示例类似的方式适应动态边界条件，其中第一恒定区处于对应于图2中值为0.5的一般势能。对于动态边界条件，oi的净流量在正y方向上，从第一恒定区189到第三恒定区193，即从第一容器到第二容器。

在一些实施例中，恒定区8中的一般势能低于恒定区4中的一般势能。在其他实施例中，恒定区8中的一般势能高于恒定区4中的一般势能。

在一些实施例中，只有单个过渡区，其中过渡区以类似于图1b中的过渡区7的方式配置。例如，过渡区可以位于第一容器和第二容器之间。这样的实施例可以被认为包括一般势阶跃。可以以这样的方式配置过渡区，其中与基线方案相比，对于一般势能在时间或空间上的每单位变化，oi的碰撞数量发生变化。基线方案可以是现有技术中的方案，例如包括oi的介质的特性根据常规压缩或膨胀而改变的方案，即一般势能的常规改变。例如，如果介质可以被描述为理想气体，基线方案可以被建模为理想气体的压缩或膨胀。例如，如果没有与环境的热交换，压缩或膨胀可以是绝热的。如上所述，在一些实施例中，热量可以与环境交换。例如，压缩或膨胀可以是等温的或等压的。换句话说，过渡区可以以这样的方式配置，其中包含oi的介质的压缩或膨胀偏离常规行为，例如理想气体行为。为此，一般势能在空间或时间上的梯度在过渡区可以足够大。梯度是一般势能的变化与对应的位置或时间变化的比率。例如，对于一般势能的对应变化，位置的变化可以小于或等于比oi的平均自由程的幅度的数量级大几个数量级的幅度，其中一般势能的变化大于或等于比oi的平均势能小几个数量级的幅度。可替换地或同时地，对于一般势能的对应变化，时间的变化可以小于或等于比oi的平均自由时间的幅度的数量级大几个数量级的幅度，其中一般势能的变化足够大，以在整个过渡区中关于包含oi的介质的行为产生与参考或基线方案的可测量偏差。根据本发明的一些实施例，对于静态边界条件，通过单次转变从第一容器流动或扩散到第二容器的oi与基线情况相比会经历熵的变化。例如，熵的变化可以是减少。对于动态边界条件，流过过渡区的oi也可以经历熵的变化，其中该变化可以是例如减少。本发明的实施例包括至少一个这样的过渡区。

在图1-5描述的实施例中，一般势能形成一般势阱。换句话说，一般势能在第一过渡区(例如图1b中的第一过渡区5)中沿正y方向平均减小，在第二过渡区(例如第二过渡区7)中沿正y方向平均增大，使得第一过渡区和第二过渡区之间的一般势能低于第一容器(例如第一容器1)中的一般势能，并且低于第二容器(例如第二容器2)中的一般势能。如上所述，一些实施例可以包括一般势阶跃。注意，包括势阱的实施例也包括势阶跃。一些实施例可以包括一般势垒。换句话说，一般势能在第一过渡区沿正y方向平均增加，在第二过渡区沿正y方向平均减少，使得第一过渡区和第二过渡区之间的一般势能大于第一过渡区中沿负y方向定位的第一容器中的一般势能，并且大于第二过渡区中沿正y方向定位的第二容器中的一般势能，其中第二过渡区位于第一过渡区的正y方向。如前所述，第二容器中的一般势能不需要与第一容器中的一般势能相同，并且第二过渡区中的一般势能梯度的幅度相对于第一过渡区中的一般势能梯度的幅度可以以类似于图1b中的第二过渡区7中的一般势能梯度的幅度相对于图1b中的第一过渡区5中的一般势能梯度的幅度的方式来配置。例如，可以以类似于在图1b和图2的上下文中描述的方式来确定包含oi的介质在整个具有一般势垒的第一和第二过渡区中的热力学特性的行为。一般势垒可以用于以与一般势井类似的方式改变包含oi的介质的熵。例如，静态或动态边界条件都可能发生这种变化。

图3是本发明的示例性实施例的剖视图。

图3b是作为图3a所示示例性实施例的位置的函数的几个物理特性的示意性取向图。图3a所示示例性实施例的一些特征以及示例性实施例的一些操作原理与其他图所描述的特征和操作原理有相似之处，因此将不会在图3a的上下文中以相同的细节描述，反之亦然。

图3a示出了通过过滤设备53与第二容器51分开的第一容器50。在所示的配置中，第一容器50和第二容器51受到静态边界条件的影响。在第一容器50和第二容器51中，介质包括由各个颗粒示意性表示的oi，例如颗粒52的示意性表示。为了简单起见，介质可以被认为是包含单原子分子的理想气体。在其他实施例中，如上所述，介质可以由其他类型的对象组成。在其他实施例中，介质可以是例如空气。例如，氮和氧分子可以被外部电场极化。

在图5a所示的示例性实施例中，oi可以通过外部施加的电场被电极化。如上所述，在其他实施例中，oi可以携带永久电偶极子。例如，oi可以包含水分子。

过滤设备53包括基体材料54。基体材料可以是金属，如铝、钢、陶瓷或玻璃。基体材料也可以是复合材料，例如玻璃纤维或碳纤维复合材料。

过滤设备53包括面向第一容器50的第一表面76和面向第二容器51的第二表面77。几个相同的通道，例如通道64、通道68或通道72，允许oi在第一容器50和第二容器51之间扩散或流动。在所示的示例性实施例中，当沿着y方向观察时，通道的横截面是圆形的。在其他实施例中，例如，当沿着y方向观察时，横截面可以是矩形、椭圆形、六边形或多边形。通道的横截面也可以是环形的。例如，在其他实施例中，当沿着y方向观察时，基体材料的第一部分的横截面可以是圆柱形的，并且第二部分可以封闭环形通道，该环形通道封闭第一部分。通道沿z方向的尺寸也可以明显大于通道沿x方向的尺寸。在其他实施例中，通道不必相同。通道，例如通道64，包括面向第一容器50的第一开口65和面向第二容器51的第二开口66。通道还具有内表面，例如内表面67。

当沿着y方向观察时，各个通道以均匀的正方形网格结构布置。换句话说，相邻通道的中心线之间的间隔距离在x方向和z方向上是相同的，其中中心线标记平行于y方向的圆柱形通道的对称轴线。因此，散装材料54的部分61刚性连接到基体材料54的部分62。圆柱形通道的所述对称轴线也可以被认为是围绕通道的过滤设备53的一部分的对称轴线，例如过滤设备的包括部分62和部分61的部分。在其他实施例中，通道可以以六边形图案布置。

在每个通道周围的基体材料中，有几个电荷集合，例如正电荷集合55、正电荷集合56或负电荷集合57。在一些实施例中，电荷集合可以连续围绕通道。换句话说，电荷集合58和电荷集合55可以是连续的电荷集合。电荷集合57和电荷集合60也可以是这种情况。例如，电荷集合可以包括围绕圆形通道布置的导电材料的环形盘。在一些实施例中，电荷集合与其他电荷集合绝缘。换句话说，电荷集合58和电荷集合55可以彼此电绝缘。例如，电荷集合可以由围绕通道布置的环形段组成，其中段由电绝缘材料分开。在基体材料是导电材料例如金属的情况下，电荷集合可以通过电绝缘体(例如玻璃、陶瓷或塑料)与基体材料以及彼此电绝缘。注意，在这样的实施例中，电荷集合和通道的内部之间的基体材料应该以能够实现通道内电场的期望形貌的方式来配置。例如，基体材料的直接位于通道和电荷集合之间的部分可以由电绝缘材料如玻璃构成。过滤设备53可以使用例如半导体制造领域中已知的方法来制造。

在图3a的示例性实施例中，电荷集合的净电荷为零。正电荷的量等于嵌入过滤设备53中的负电荷的量。在其他实施例中，过滤设备53可以携带净电荷。

电荷集合可以包括电导体，例如金属，诸如铜或银。电荷集合可以通过在第一电荷集合(例如电荷集合56)和第二电荷集合(例如电荷集合57)之间施加电压差来充电。例如，电压差可以由电池施加。电荷集合处的电压可以通过电导体(例如铜线)从电压源传递到电荷集合。在一些实施例中，可以调节、控制或修改施加到电荷集合内的导体的电压的幅度。例如，位于给定电荷集合中的电荷量可以通过改变施加到电荷集合上的电压来调节，其他条件相同。在一些实施例中，电荷集合可以包括嵌入在基体材料54中或者嵌入在本身嵌入在基体材料54中的材料中的几个带电分子或离子。例如，电荷集合可以包括流体，例如水，其包括自由漂浮的离子，其中流体可以包含在散装材料54内。

在该示例性实施例中电荷集合的目的是在通道内产生合适的电场形貌。平均而言，通道内的电场沿y方向为非零分量。沿y方向的电场分量的幅度在第一过渡区79中沿正y方向增加，在第二过渡区81中沿正y方向减小。由于通道中电场的存在，oi被极化。由于在第一过渡区中的正y方向上的电场的幅度增加，极化的oi在第一过渡区中受到在正y方向上作用的力。类似地，oi在第二过渡区中经历负y方向的力。因此，电荷集合可以被认为是力发生设备的组成部分。在由力发生设备产生的力的存在下，oi的位置的变化可以被认为与oi的一般势能的变化相关联。

沿着x和z方向的通道的尺寸是通道内电场的期望形貌和电场发生设备的配置的函数。通道沿y方向的长度是第一和第二过渡区的长度以及结构因素的函数。请注意，在同等条件下，对于动态边界条件，较长的通道通常会增加阻力。

在图3b中，竖直轴83表示特定物理特性的值，水平轴84表示沿y轴的位置，在该位置处测量所述物理特性。

在图3b中，在沿y方向的指定位置处的oi的平均一般势能值由线85表示。在该特定示例性实施例中，第一容器50内的各个oi的一般势能在空间和时间上是恒定的，如恒定区78所示。如恒定区82所示，第二容器51内的一般势能在空间和时间上也是恒定的。在该简化示例中，第一容器50和第二容器51中的各个oi的势能是相同的。水平虚线86表示第一容器50中的一般势能值，以供参考。如上所述，一般势能85是与力发生设备相关联的一般势能，即场发生设备，其包括电荷集合，例如电荷集合56。在其他实施例中，第一容器50中的一般势能85可以大于或小于第二容器82中的一般势能。

注意，所描绘的一般势能85的形貌是由沿着通道的中心线或对称轴线的电荷集合产生的一般势能的实际形貌的简化表示，这可以容易地计算。

在第一过渡区79中，指向正y方向的力施加到极化oi，导致oi的一般势能在正y方向上的逐渐空间减小。在恒定区80中，在简化模型中，一般势能可以被认为是恒定的。在第二过渡区81中，指向负y方向的力施加到极化oi上，导致oi的一般势能在正y方向上的空间增加。在所描绘的实施例中，第二过渡区81中的一般势能的空间梯度的平均幅度大于第一过渡区79中的一般势能的空间梯度的平均幅度。在整个通道中，oi的行为类似于图1a所示的示例性实施例中的oi的行为。

在图3a中，线87示出了作为沿y轴位置的函数的oi温度的变化。水平虚线88表示第一容器50中介质的温度值，以供参考。线89示出了作为沿y轴位置的函数的oi压力的变化。水平虚线90表示第一容器50中介质的压力值，以供参考。线91示出了作为沿y轴位置的函数的oi密度的变化。水平虚线92表示第一容器50中介质的密度值，以供参考。

在图3a中，如量子场论所描述的，oi也可以是虚拟粒子或真空波动。例如，介质可以包括具有永久或感应电偶极子的虚拟粒子。注意，包含oi的介质不需要包含电中性粒子，但是也可以包含分离的或独立的带正电和带负电的粒子，例如正电子和电子。在量子真空中，虚拟正电子和电子可以被认为是由量子真空波动产生的，随后在连续的过程中相互湮灭。虚拟粒子的湮灭可以被认为是碰撞，如这里所定义的。在这种情况下，介质可以被认为包括波动的虚拟电偶极子，即使这些偶极子不需要像水分子那样与单个粒子相关联，而是可以与至少两个独立粒子之间的电相互作用相关联。这也适用于粒子是真实粒子的情况，比如移动负离子和移动正离子。因此，以与图3a中的过滤设备113类似的方式配置的过滤设备可以用于与任何类型的电偶极子相互作用，例如在量子真空中发现的那种，以及由多个带电粒子形成的那些。在静态边界条件下，过滤设备的一侧的第一容器中的量子真空的热力学特性可以不同于过滤设备的另一侧的第二容器中的量子真空的热力学特性。在动态边界条件下，可以建立虚拟颗粒通过过滤设备的通道的净流动或净扩散。本发明实施例的尺寸和几何形状可以适应介质和oi的特定特性。

本发明的一些实施例的原理也可以适用于其他应用，例如涉及悬浮的应用。请考虑以下配置。电绝缘正电荷集合位于电绝缘负电荷集合附近，其中正电荷集合和负电荷集合的组合净电荷为零。正电荷集合和负电荷集合的配置是相同的，唯一的区别是它们携带的电荷的符号。这些电荷集合被一种气体所包围，这种气体包括带中性电荷的oi，其携带永久的电偶极子。为简单起见，可以假设这种气体在远流(farstream)中表现得像理想气体，即离正电荷集合和负电荷集合无限远。连接正电荷集合和负电荷集合的中心的线称为中心轴线。位于负电荷集合和正电荷集合中间的垂直于中心轴线的平面称为对称平面。对称平面和中心轴线的交点称为中心。

由于它们的电偶极子，oi被吸引到正电荷集合和负电荷集合。所产生的oi的一般势能被定义为离中心无限远的零。由于对称性，oi在对称平面上的一般势能也为零。沿着中心轴线移动的测试oi，从离中心无限远开始并向中心移动，将经历逐渐减小的一般势能，直到它到达第一电荷集合，该第一电荷集合可以是正电荷集合或负电荷集合。由于正电荷集合或负电荷集合非常接近，从第一电荷集合移动到中心的测试oi将经历急剧增加的一般势能。如前所述，在中心，一般势能为零。一般势能的相貌是关于对称平面对称的。沿着中心轴线在电荷集合和中心之间的部分可以表示为第二过渡区。一般势能的沿着中心轴线在电荷集合和离中心无限远之间的部分可以表示为第一过渡区。

当电荷集合足够靠近时，第二过渡区沿中心轴线的范围可以是对称平面处的oi的平均自由路径的数量级，而第一过渡区沿中心轴线的范围可以比最接近电荷集合处的oi的平均自由路径大几个数量级。如在图1a和图2的上下文中所讨论的，这可以导致在假设的静态边界条件下，在电荷集合之间的中心处包括oi的介质的较低压力。由于远流和离中心无限远以及中心本身由对称平面连接，沿着该对称平面，远流和中心之间的一般势能不变，中心处的假设的第二容器和远流中的假设的第一容器可以被认为是连接的。换句话说，第一容器和第二容器中的压力可以被认为是相同的，这对应于动态边界条件。对于上述假设的静态边界条件，对于对应的动态边界条件，存在从远流沿对称平面朝向中心以及从中心沿中心轴线朝向远流的净流量或净扩散。这种流动状态或流动剖面可以在电荷集合上施加粘性阻力，电荷集合位于从中心朝向远流的oi流内。阻力远离中心指向。因此，由于相反电荷与电荷所在介质中的oi相互作用，可以在相反电荷之间建立排斥力。在没有其他力的情况下，在平衡状态下，这种排斥阻力可以平衡相反电荷之间的库仑吸引力。类似的机制可以导致在带负电的电子和带正电的原子核之间观察到或感觉到排斥力，其中oi是包含在量子真空中的粒子。

当两个电荷集合包括相同类型的电荷时，与相反的电荷相反，一般势能的形貌是这样的，即沿着远流和第一电荷集合之间的中心轴线定位的第一过渡区在电荷集合附近的一般势能梯度的幅度大于位于电荷和中心之间的第二过渡区。因此，在这种配置中，由于oi在动态边界条件下的运动而产生的阻力是吸引力。类似的机制可以导致在原子核中带正电的质子之间观察到或感觉到吸引力，例如，在oi是量子真空中包含的粒子的情况下。

前述相反电荷集合之间的感觉到的排斥力可用于使附着于第一电荷集合(例如负电荷集合)的设备相对于附着于第二电荷集合(例如正电荷集合)的设备悬浮。例如，oi可以是空气中的可极化分子，负电荷集合可以附着在车辆上，正电荷集合可以嵌入轨道中。受动态边界条件影响，该设备周围的空气可以以上述方式运动。由此产生的作用在车辆上的阻力可以用来抵消作用在车辆上的重力，从而使车辆悬浮在轨道上方。

前述相等电荷集合之间的感觉到的吸引力可用于增加附着于第一电荷集合(例如负电荷集合)的设备相对于附着于第二电荷集合(例如负电荷集合)的设备之间的接触力。增加的接触力可以用来增加摩擦力，摩擦力可以用来改善设备之间的抓持。摩擦力增加的应用实例有车辆减速或制动、爬壁或对象闩锁在一起。

图4a是本发明示例性实施例的剖视图。

图4b是作为图4a所示的示例性实施例的位置的函数的几个物理特性的示意图。图4a所示的示例性实施例的一些特征以及该示例性实施例的一些操作原理与其他附图，特别是图1a和图3a所描述的特征和操作原理具有相似性，因此在图4a的上下文中将不再详细描述，反之亦然。

图4a显示了通过过滤设备113与第二容器111分开的第一容器110。在所示的配置中，第一容器110和第二容器111受到静态边界条件的影响。在第一容器110和第二容器111中，介质包括由单个颗粒示意性表示的带负电的oi，例如颗粒112的示意性表示。为简单起见，oi可以被认为表现得像一种理想气体。在其他实施例中，如上所述，介质可以由其他类型的对象组成。例如，oi可以是导体或半导体中的移动电子，并且介质也可以包括金属或半导体原子的晶格。请注意，半导体内的电子能量可以假设由简化模型中的玻尔兹曼分布来描述。这就是众所周知的费米-狄拉克分布的玻尔兹曼尾。注意，一般来说，本发明的实施例不需要玻尔兹曼统计。空间或时间过渡区可以配置有一般势能的足够大的空间或时间梯度，其方式是在该过渡区内的oi的速度分布偏离具有一般势能的梯度的最小幅度的参考或基线过渡区的oi的速度分布。举例来说，在基线情况下，原子间相互作用的行为可以用图6a中的费米-狄拉克统计，或图1a中的玻色-爱因斯坦统计，或麦克斯韦-玻尔兹曼统计来描述。玻尔兹曼分布仅仅是为了描述清楚而提及的，并不旨在限制本发明的范围。在另一个例子中，oi可以是气体中的离子化分子。oi也可以是悬浮在溶液中的离子，例如水中的钠离子。oi也可以是固体电解质中的锂离子。注意，在一些实施例中，oi可以带正电。

过滤设备113包括基体材料114。基体材料可以是金属，如铝、钢、陶瓷或玻璃。基体材料也可以是复合材料，例如玻璃纤维或碳纤维复合材料。在图4a所示的示例性实施例中，基体材料114被配置为对oi完全反射。换句话说，oi不能被基体材料114吸收或透过基体材料114。例如，包括内表面132的基体材料114的表面可以包括被配置为反射oi的绝缘材料层。在其他实施例中，基体材料114可以透射或吸收一部分oi，只要oi的足够剩余部分被基体材料114反射。在一些实施例中，基体材料114包括绝缘材料，例如陶瓷、玻璃或聚合物。在一些实施例中，过滤设备113可以嵌入导体或半导体中。在其他实施例中，通道，例如通道129，可以是导体，例如细铜线或半导体线，并且围绕通道的过滤设备113的部分，即包括电荷集合的场产生设备，可以包含在围绕线的电绝缘套筒中。选择线的厚度或直径，以确保由场发生设备产生的外部施加的电场，即电荷集合，能够穿透线的足够部分。这避免了第一容器和第二容器之间的短路。在其他实施例中，例如图6a所示的示例性实施例，各个电荷集合可以被认为嵌入在包括oi的介质中。在这样的实施例中，前述短路风险降低，同时制造容易性增加。

过滤设备113包括面向第一容器110的第一表面141和面向第二容器111的第二表面142。几个相同的通道，例如通道129或通道133，允许oi在第一容器110和第二容器111之间扩散或流动。在所示的示例性实施例中，当沿着y方向观察时，通道的横截面是圆形的。在其他实施例中，例如，当沿着y方向观察时，横截面可以是矩形、椭圆形、六边形或多边形。通道的横截面也可以是环形的。通道，例如通道129，包括面向第一容器110的第一开口130和面向第二容器111的第二开口131。

当沿y方向观察时，各个通道以均匀的正方形网格结构排列。换句话说，相邻通道的中心线之间的间隔距离在x方向和z方向上是相同的，其中中心线标记平行于y方向的圆柱形通道的对称轴线。因此，散装材料114的部分125刚性连接到散装材料114的部分126，部分126刚性连接到散装材料114的部分127。圆柱形通道的所述对称轴线也可以被认为是围绕通道的过滤设备113的一部分的对称轴线，例如过滤设备的包括部分125和部分126的部分。在其他实施例中，通道可以以六边形图案布置。

在围绕每个通道的基体材料中，存在几个电荷集合，例如负电荷集合115、正电荷集合116、正电荷集合117、负电荷集合118、负电荷集合120或负电荷集合119。电荷集合可以以与图3a中电荷集合类似的方式配置。注意，通常，图3a和图4a中的各个电荷集合不需要具有相同的几何形状或尺寸，并且不需要携带相同的电荷量。电荷集合携带的电荷量由电荷集合中的加号和减号示意性地表示。请注意，符号的数量并不表示电荷集合中正电荷或负电荷的确切数量，也不表示电荷集合中电荷的分布。符号数量的不同仅仅表明电荷集合117携带的正电荷比电荷集合116多，并且电荷集合116中的电荷密度的大小大于电荷集合115中。

电荷集合可以包括电导体，例如金属，诸如铜或银。电荷集合可以通过在第一电荷集合(例如电荷集合117)和第二电荷集合(例如电荷集合118)之间施加电压差来充电。例如，电压差可以由电池施加。电荷集合处的电压可以通过电导体(例如铜线)从电压源传递到电荷集合。在一些实施例中，如在图3a的上下文中所讨论的，可以调节、控制或修改施加到电荷集合内的导体的电压的幅度。

在图4a的示例性实施例中，电荷集合的净电荷为零。正电荷的量等于嵌入过滤设备113中的负电荷的量。在其他实施例中，过滤设备113可以携带净电荷。

在该示例性实施例中电荷集合的目的是在通道内产生合适的电场形貌。由于最初的负电荷集合，例如电荷集合115，从第一容器110沿正y方向扩散通过通道的测试oi最初将遇到具有指向正y方向的非零分量的电场。该电场对带负电的移动oi施加排斥力，其中该力指向负y方向。因此，测试oi将首先经历其一般势能的增加，如图4b中的一般势能150所示。距离通道的第一开口(例如第一开口130)在负y方向上足够远的距离，一般势能与通道中的一般势能相比基本上是恒定的，如恒定区143所示，其中一般势能的水平是第一容器110中一般势能的水平。

由于位于初始负电荷集合的正y方向上的正电荷集合，例如正电荷集合116或正电荷集合117，测试oi随后将经历具有指向负y方向的非零分量的电场。该电场对带负电的移动oi施加吸引力，该力指向正y方向。因此，测试oi将经历其一般势能的减小，如第一过渡区144中的减小的一般势能150所示。

由于位于高密度正电荷集合的正y方向的电荷集合118中存在高密度负电荷，测试oi将经历具有指向正y方向的非零分量的强电场。该电场对带负电的移动oi施加力，该力指向负y方向。测试oi因此将经历其一般势能的急剧增加，如第二过渡区146中增加的一般势能150所示。在第一过渡区144和第二过渡区146之间，一般势能在恒定区145中达到最小值。

一旦测试oi已经在正y方向扩散通过第二过渡区146，测试oi将遇到具有指向负y方向的非零分量的电场。这个电场对带负电的移动oi施加排斥力，该力指向正y方向。因此，测试oi将经历其一般势能的降低，如第三过渡区147中的降低的一般势能150所示。距离通道的第二开口(例如第二开口131)在正y方向上足够远的距离，一般势能与通道中的一般势能相比基本上是恒定的，如恒定区158所示，其中一般势能的水平是第二容器111中一般势能的水平。

沿着x和z方向的通道的尺寸是通道内电场的期望形貌和电场发生设备的配置的函数。通道沿y方向的长度是第一和第二过渡区的长度以及结构因素的函数。请注意，在同等条件下，对于动态边界条件，较长的通道通常会增加阻力。

在图4b中，竖直轴148表示特定物理特性的值，水平轴149表示沿y轴测量所述物理特性的位置。

在图4b中，在沿y方向的指定位置处，通道内的平均一般势能值由线150表示。

在该特定示例性实施例中，第一容器110内的各个oi的一般势能在空间和时间上是恒定的，如恒定区143所示。如恒定区158所示，第二容器111内的一般势能在空间和时间上也是恒定的。在该简化示例中，第一容器110和第二容器111中的各个oi的势能是相同的。水平虚线151表示第一容器110中的一般势能值，以供参考。如上所述，一般势能150是与力发生设备相关联的一般势能，即场发生设备，其包括电荷集合，例如电荷集合116。在其他实施例中，第一容器110中的一般势能150可以大于或小于第二容器中的一般势能。

注意，所描绘的一般势能150的形貌是由电荷集合沿着通道的中心线或对称轴线产生的一般势能的实际形貌的简化表示，这可以容易地计算。

在第一过渡区144中，存在指向正y方向的施加到oi的力，导致oi的一般势能在正y方向上的逐渐空间减小。在恒定区145中，在简化模型中，一般势能可以被认为是恒定的。在第二过渡区146中，存在指向负y方向的施加到oi的力，导致oi的一般势能在正y方向上的空间增加。在所描绘的实施例中，第二过渡区146中的一般势能的空间梯度的平均幅度大于第一过渡区144中的一般势能的空间梯度的平均幅度。在整个通道中，oi的行为类似于图1a所示的示例性实施例中的oi的行为。在简化模型中，第一过渡区144和第三过渡区147中的oi的行为可以被认为与理想气体的行为相同，并且第二过渡区146中的oi的行为可以被认为与图1b中的第二过渡区7中的oi的行为相似。

在图4a中，线152示出了作为沿y轴位置的函数的oi温度的变化。水平虚线153表示第一容器110中介质的温度值，以供参考。线154示出了作为沿y轴位置的函数的oi压力的变化。水平虚线155表示第一容器110中介质的压力值，以供参考。线156示出了作为沿y轴位置的函数的oi密度的变化。水平虚线157表示第一容器110中介质的密度值，以供参考。

图5a是本发明示例性实施例的剖视图。

图5b是对于图5a所示的示例性实施例，作为位置的函数的几个物理特性的示意性曲线图。图5a所示的示例性实施例的一些特征以及示例性实施例的一些操作原理与其他附图、特别是图4a和图6a所描述的特征和操作原理有相似之处，因此在图5a的上下文中将不再详细描述，反之亦然。

图5a示出了通过过滤设备180与第二容器207分开的第一容器206。在所示的配置中，第一容器206和第二容器207受到静态边界条件的影响。在第一容器206和第二容器207中，介质包括由单个颗粒示意性表示的带负电的oi，例如颗粒181的示意性表示。为简单起见，oi可以被认为表现得像一种理想气体。例如，oi可以是导体中的移动电子。oi穿过的介质也可以包括其他对象，例如金属中的晶格原子。这些对象在图5a中没有显示。在另一个例子中，oi可以是气体中的电离分子。在其他实施例中，如上所述，介质可以由其他类型的对象组成。注意，在一些实施例中，oi可以带正电。

过滤设备180包括力发生设备。在该特定实施例中，力发生设备包括第一电荷集合设备182，其包括由绝缘材料184电绝缘的负电荷集合183。力发生设备还包括第二电荷集合设备185，其包括由绝缘材料187电绝缘的正电荷集合186。对于第一电荷集合和第二电荷集合，电荷可以包含在导体内，例如诸如铜的金属，并且绝缘材料可以是例如玻璃或陶瓷。

电荷集合，例如电荷集合183，平行于yz平面布置。在一些实施例中，电荷集合沿着z方向的范围可以是通道188沿着z方向的范围的数量级。电荷集合沿着z方向的范围可以取适合于示例性实施例180的操作的任何值。

如在图3a和图4a的上下文中提到的，电荷集合中的电荷可以由施加在第一电荷集合183和第二电荷集合186之间的电压差来提供。电压差可以由电源产生，例如电池或发电机。电导体，如金属线，可以将电源连接到电荷集合。

电荷集合产生在正的x方向上具有非零分量的电场。因此，位于第一电荷集合183和第二电荷集合186之间的单个带负电的oi将受到指向负x方向的力。当一个以上带负电荷的oi位于第一电荷集合183和第二电荷集合186之间时，oi所经历的电场也会受到电荷和其他oi相对于该oi的位置的影响。为了清楚起见，在这个简化的描述中忽略了这种干涉效果。

诸如示例性实施例180的实施例与诸如图4a中的实施例113的其他实施例相比的好处在于，可以简单地制造、提供或使用力发生设备。实施例180中的力发生设备被配置成在oi上产生空间均匀的力，其中该力指向负的x方向。这种配置可以适应各种不同的力发生方法。例如，地球表面的重力也是空间上基本均匀的力。因此，图5a中的力发生设备可以由重力发生设备(例如行星地球)来增强或替代。类似地，图5a中的实施例可以适用于这样的情况，其中力发生设备被配置为向oi施加惯性加速度。例如，通道188可以在惯性框架中在正x方向上被加速。结果，通道188内的oi在负x方向上经历明显的或感觉到的每单位质量的体力，这是由于它们在惯性框架中缺乏相对于通道188的加速度。例如，通道188可以被配置为绕平行于y轴的轴线旋转，并且位于第一容器206处，或者位于相对于第一容器206的正x方向上。由于通道在惯性框架中围绕所述旋转轴线的旋转，通道经历指向旋转轴线的向心加速度。通道内的oi在从旋转轴线径向向外的方向上经历明显的或感觉到的加速度。这种感觉到的加速度有时被称为离心力，尽管它在技术上不是一种力。因此，实施例180和通道188的配置可以适用于其他类型的力发生设备，特别是其中作用在oi上的相关力的方向和幅度不容易受控制的力发生设备的类型，例如重力的情况。注意，对于图1a所示的实施例，与第一过渡区5相比，第二过渡区7作用在oi上的力的方向相反，并且与第一过渡区5相比，第二过渡区7作用在oi上的力的幅度更大。对于图5a所示的实施例，对于第一过渡区190和第二过渡区192，作用在惯性空间中的oi上的力的幅度和方向是不变的。

当沿着纵向方向观察时，例如平行于第一容器206中的y轴的方向，通道188的横截面是正方形的。在一些实施例中，通道188的横截面可以是矩形。在其他实施例中，通道188的横截面可以是圆形、椭圆形或多边形。通道188也可以称为管道188，oi能够通过管道188扩散、流动或移动。在该实施例中，通道188的壁对于oi而言是完全反射性的。

在图5a中，通道188被电绝缘材料如陶瓷或玻璃包围，类似于绝缘材料187或184。为了清楚起见，没有示出这种绝缘材料。通道188可以是导体，例如金属或石墨。实施例180可以使用半导体和微处理器制造领域中已知的方法来制造。

在第一容器206中，通道188沿z方向的范围可以与通道188沿x方向的范围一样大。通道188沿z方向的范围也可以更大或更小。通道188沿z方向的范围可以取适合于示例性实施例180的操作的任何值。

在图5b中，竖直轴196表示特定物理特性的值，水平轴197表示沿y轴测量所述物理特性的位置。

在图5b中，通道内的沿y方向的指定位置处的平均总势能值由线198表示。在该特定示例性实施例中，第一容器206内的各个oi的一般势能在空间和时间上是恒定的，如恒定区189所示。如恒定区193所示，第二容器207内的一般势能在空间和时间上也是恒定的。在该简化示例中，第一容器206和第二容器207中的各个oi的一般势能是相同的。水平虚线199表示第一容器206中的一般势能值，以供参考。如上所述，一般势能198是与力发生设备相关联的一般势能，即场发生设备，其包括电荷集合，例如电荷集合183或电荷集合186。在其他实施例中，第一容器206中的一般势能198可以大于或小于第二容器207中的一般势能。

注意，所描绘的一般势能198的形貌是由电荷集合沿着通道的中心线或对称轴线产生的一般势能的实际形貌的简化表示，这可以容易地计算。例如，在具有有限大小的电荷集合和oi之间的干涉的实际实施例中，不管第一电荷集合183和第二电荷集合186之间的oi的位置如何，由oi经历的实际力在幅度和方向上都不是恒定的。

进一步注意，沿着通道188的长度移动的测试oi所经历的一般势能不同于投射到y轴上或相对于y轴测量的一般势能198。给定通道的几何形状，可以容易地计算出测试oi沿其在通道188内行进的路径所经历的一般势能。例如，第二过渡区192中的一般势能沿oi行进的路径(即沿长度l2)的梯度比图5b所示的一般势能198的梯度更浅或更小。类似地，第一过渡区190中的一般势能沿oi行进的路径(即沿长度l1)的梯度比图5b所示的一般势能198的梯度更浅或更小。

在第一过渡区198中，存在指向负x方向的施加到oi的力，导致当oi沿着通道188的长度l1在负x方向和正y方向上移动时，oi的一般势能的逐渐空间减小。在恒定区191中，在简化模型中，一般势能可以被认为是恒定的。在第二过渡区192中，存在指向负x方向的施加到oi的力，当oi在正x方向上移动时，导致oi的一般势能的空间增加。在一些实施例中，oi还在整个第二过渡区(例如第二过渡区192)中沿正y方向移动。在这样的实施例中，在其他条件相同的情况下，在第二过渡区中oi在正y方向上行进的距离小于在第一过渡区中oi在正y方向上行进的距离。一般来说，在力发生设备向oi施加在空间和时间上均匀且各向同性的力的情况下，在第二过渡区中oi行进的平均路径相对于力的作用线之间的最小角度比第一过渡区中的相同角度更尖锐。在第一容器206和第二容器207中的一般势能相同的情况下，在第一过渡区中oi行进的路径(即l1)比在第二过渡区中oi行进的路径(即l2)长。结果，在所描绘的实施例中，在第二过渡区192中沿oi通过通道188行进的平均路径(即沿长度l1)的一般势能的空间梯度的平均幅度大于在第一过渡区198中沿oi通过通道188行进的平均路径(即沿长度l2)的一般势能的空间梯度的平均幅度。

在所示实施例180中，长度l1大于恒定区191中的平均自由路径。结果，当oi平均扩散通过通道188的部段l1时，oi经历多次碰撞。例如，碰撞可能发生在oi之间。在内壁漫反射oi的情况下，oi和管道188的内壁之间的碰撞也可以具有前述的沿着管道188的长度扩散的oi的能量分布的再分布效应。

在第二过渡区192内，即沿着长度l2，在一般势能的每单位变化中，oi所经历的平均碰撞数小于oi在第一过渡区190内、即沿着长度l1所经历的平均碰撞数。在一些实施例中，长度l2比恒定区191中的oi的平均自由路径大几个数量级。在一些实施例中，长度l2是恒定区191中的oi的平均自由路径的量级。在一些实施例中，长度l2小于恒定区191中的oi的平均自由路径。回想一下，平均自由路径是在连续碰撞之间所行进的平均距离。

如在图1a的上下文中所定义的，实施例180中的oi的碰撞能够改变oi在x方向上的动能。例如，在通道188的壁是绝热的情况下，碰撞能够在沿x方向的oi的动能和沿y和z方向的oi的动能之间转移或重新分配oi的能量。因此，碰撞可以被认为是能量再分配的媒介。请注意，在经典的麦克斯韦-玻尔兹曼分布中，x、y和z方向的平均动能是相同的，如均分定理所描述的。术语“经典”是指不包括量子物理的经典物理，并且用于描述和说明的清晰目的，并且不旨在限制本发明的范围。

例如，在自由运动过程中，经历了一般势能的变化的oi将经历能量分布的变化。更具体地，在没有遇到任何碰撞的情况下，或者当遇到与基线或参考情形相比数量减少的碰撞时，在正或负x方向上移动通过通道188的oi将分别经历沿着x方向的动能的减少或增加，而在该简化示例中，沿着y方向和z方向的平均动能保持不变。这将导致偏离oi的默认或基线类型的能量分布，在这种情况下，这是麦克斯韦-玻尔兹曼分布。例如，这是恒定区191或第一容器206或第二容器207中的能量分布类型。

一般来说，对于一般势能的每单位变化的平均碰撞数越大，oi的平均能量分布越接近基线能量分布，如麦克斯韦-玻尔兹曼能量分布。同样，对于一般势能每单位变化的碰撞次数越少，就会导致偏离基线能量分布。因此，与图5b中贯穿第一过渡区190的oi的行为相比，图5b中贯穿第二过渡区192的oi的行为不同。图2中描述了这种效果的一个例子。

在图5a中，线200示出了作为沿y轴位置的函数的oi温度的变化。水平虚线20i表示第一容器206中介质的温度值，以供参考。线202示出了作为沿y轴位置的函数的oi压力的变化。水平虚线203表示第一容器206中介质的压力值，以供参考。线204示出了作为沿y轴位置的函数的oi密度的变化。水平虚线205表示第一容器206中介质的密度值，以供参考。

整个通道中oi的行为类似于图1a所示的示例性实施例中oi的行为。注意，在该实施例中，第二容器207中的压力202和温度200大于第一容器206中的压力202和温度200。在图2的上下文中，借助简化的模型更详细地描述了这种行为。

概括地说，通过适当地配置oi在力发生设备产生的整个力场中所采用的路径，在图1a或图3a的上下文中描述的本发明的原理可以应用于其他几何形状。

图6a是本发明示例性实施例的剖视图。

图6a示出了电子过滤设备230，其被配置成将低电压转换成大电压，反之亦然。过滤设备230可以被称为电压转换设备。

电导体232经由第一内部触点233将第一外部触点231与第一导体237连接。电导体232可以是诸如石墨烯的导体，或者诸如铜的金属。在一些实施例中，电导体232也可以被认为是超导体。在图6a中，为了简单起见，电导体232被示为粗线，并且可以被认为是电线。在一些实施例中，电导体232和第一导体237不需要是可区分的。换句话说，电导体232和第一导体237可以由相同的材料制成，例如铜，并且可以具有基本相同的纵向横截面积和几何形状。

电导体235经由第二内部触点236将第二外部触点234与第五导体241连接。电导体235以与电导体232相似的方式配置。

电导体235内的电子可以被认为在第一容器280中。电导体232内的电子可以被认为在第二容器281中。在所示实施例中，在第一外部触点231和第二外部触点234之间存在开路(opencircuit)。第一容器和第二容器中的移动电子可以被认为是oi。

过滤设备230包括位于内部触点233和内部触点236之间的中心导体282。中心导体282包括第一导体237、第二导体238、第三导体239、第四导体240和第五导体241，其中导体由结(junctions)242、246、250和254分开。在该特定实施例中，中心导体282的基底材料259是掺杂半导体。中心导体282掺杂有n型和p型掺杂剂，如在图6b的上下文中所述。在其他实施例中，结可以在金属和金属之间，或者金属和半导体之间。

当沿着水平方向，即平行于页面的短部分的方向观察时，中心导体282具有矩形横截面。在其他实施例中，当沿着水平方向观察时，中心导体282可以具有任何横截面几何形状，例如圆形、正方形或多边形横截面几何形状。

在一些实施例中，中心导体282是单个半导体件，例如硅或砷化镓，具有沿着水平长度，即沿着平行于页面的短轴的方向的可变掺杂水平，如图6b所示。在这样的实施例中，第一导体237或第二导体238也可以分别被称为第一导电部分237或第二导电部分238。在一些实施例中，中心导体282通过接合几个单独的半导体件来制造。

在其他实施例中，根据在图6a和图6b的上下文中概述的本发明的原理，中心导体282可以包括连接在一起的金属和不同类型的材料或不同类型的半导体。注意，在这样的实施例中，半导体不必是掺杂的半导体，而是可以是不同类型或种类的本征半导体，即由具有不同费米能级的材料制成的半导体。

电导体232、中心导体282和电导体235形成电路的一部分，表示为“转换部分”。在图6a所示的实施例中，为了简单起见，该电路被示为开路。在一些实施例中，表示为“负载部分”的单独电路可以并联到转换部分。负载部分的两个端子可以连接到转换部分的两个端子，即第一外部触点231和第二外部触点234。对于一些实施例，可以使电流流过转换部分。例如，在标称操作期间，电流可以从第一外部触点231流过电导体232、中心导体282和电导体235到第一外部触点234，其中标称操作涉及稳定的电流流动。为了闭合电流环路，在该特定示例中，电流也从第二外部触点234通过负载部分流到第一外部触点231。在一些实施例中，与第一外部触点231相比，至少一部分电流流是第二外部触点234处的较大电压的结果，其中较大电压是图6a所示实施例的配置的结果。换句话说，第二外部触点234处的正电荷的一般势能272或电压可以大于第一外部触点231处的正电荷的一般势能或电压，导致与通过负载部分和转换部分的传统电流流相反的电子流。

负载部分可以包括任何电气装置。例如，负载部分可以包括电阻率不可忽略的导体。在一些实施例中，负载部分也可以被认为包括单个常规电阻器。负载部分还可以包括诸如晶体管、电容器或电感器的电气装置。负载部分还可以包括被配置成产生电磁波的天线。负载部分还可以包括数字电子器件，例如微处理器或计算机。负载部分还可以包括被配置成进行机械工作的电马达。注意，电马达通常包括热交换器，以便于电导体和外部环境之间的热量流动。以这种方式，导体在标称操作期间保持在合适的温度，其中合适性由特定应用的目标和约束以及实施例的配置来确定。负载部分可以包括当不可忽略的电流流过负载部分时能够承受电压降的任何电气装置。负载部分可以包括发光二极管。

图6b是作为图6a所示的示例性实施例的位置的函数的几个物理特性的示意性曲线图。图6a所示的示例性实施例的一些特征以及该示例性实施例的一些操作原理与其他附图，特别是图5a和图4a所描述的特征和操作原理具有相似性，因此在图6a的上下文中将不再详细描述，反之亦然。

在图6b所示的每个图中，竖直轴表示特定物理特性的值，水平轴轴表示沿y轴测量所述物理特性的位置，其中y轴平行于页面的短边并指向页面的右手侧。

线262描绘了在沿y轴的给定位置嵌入半导体基体材料259中的施主原子的浓度。施主浓度262是硅晶体中被施主原子取代的原子的百分比。例如，对于硅半导体基体材料，施主原子可以是砷或磷。

线264描述了在沿y轴的给定位置嵌入半导体基体材料259中的受体原子的浓度。受体浓度264是硅晶体中被受体杂质取代的原子的百分比。例如，对于硅半导体基体材料，受体原子可以是硼、铝或镓。

线266示出了作为沿y轴的位置的函数的中心导体282的电导率值。作为中心导体282内的移动电荷载流子(例如电子或空穴)的浓度变化的结果，电导率发生变化。

线268说明了作为沿y轴的位置的函数的隔离费米能级。隔离费米能是这样的假设情形的费米能，其中每个导体部分，例如部分237、部分238或部分239，与中心导体282的任何其他部分电隔离。换句话说，费米能268是当材料被隔离考虑时，即被真空包围时，特定材料的理论费米能。特定材料是在中心导体282中沿着沿曲线图的水平轴指示的y轴的相同位置处发现的材料。例如，与第二导体238中的材料相同地配置的隔离材料中的费米能小于与第三导体239中的材料相同地配置的隔离材料中的费米能。

线270描绘了中心导体282内的平均净电荷密度。

线272代表正电荷(如空穴)的一般势能的值。线272也可以被认为是描述静态边界条件下整个中心导体282的电压。请注意，电压的增加与负电荷(如电子)的一般势能的减少有关。

在以下段落中，将解释第一外部触点231和第二外部触点234之间的电压差。为简单起见，在整个解释中，转换部分是开路，即没有电流流过转换部分。由于开路，第一容器280和第二容器281可以被认为受到静态边界条件的限制。注意，在电流从第二外部触点234通过负载部分流向第一外部触点231的情况下，与图6a所示的开路情形相比，第二外部触点234和第一外部触点231之间的电压差的幅度通常减小。这种减小是由于转换部分内的电压降，该电压降可以由例如转换部分内的导体的内电阻和流过转换部分的电流引起。

由于与第五导体241相比，第四导体240中的隔离费米能268较低，负电荷将从第五导体移动到第四导体240。通过将第四导体240的材料配置为不同于第五导体241的材料，可以提供两个导体之间的结处的隔离费米能的差异。例如，一种材料可以是金属，另一种材料可以是半导体。在另一个例子中，孤立费米能的差异可以是两个导体之间掺杂水平差异的结果，如图6b中的情况。更具体地，第五导体241可以被认为是n型半导体，第四导体240可以被认为是p型半导体。换句话说，在第五导体241中，施主原子262的浓度大于受体原子264的浓度。类似地，在第四导体240中，施主原子262的浓度小于受体原子264的浓度。在实施例的子集中，结254可以被认为是传统的半导体pn结。第五导体241中的孤立费米能大于第四导体240中的孤立费米能。结果，电子将从第五导体241扩散到第四导体240。这种扩散将导致第四导体240中的负电荷过剩和第五导体241中的正电荷过剩。由于这些电荷相互吸引，它们将聚集在第四导体240和第五导体241之间的结254附近，导致第四导体240中的负电荷集合255和第五导体241中的正电荷集合256，如图所示。这些电荷集合将产生穿过结254指向负y方向的电场。该场将产生穿过结254的具有电子和空穴的漂移电流，其方向与扩散电流的方向相反。在所示的开路配置中，扩散电流与漂移电流相等且相反，导致静态边界条件下没有净电流流。与电荷集合相关联的电场将引起跨结254的正y方向上的电压272的增加。电压的这种增加发生在第一过渡区275内，其包括电荷集合255和电荷集合256。在半导体中pn结的传统模型中，例如结254，电子被认为与被膨胀或压缩的等温理想气体行为相同。在负y方向上通过结254扩散的电子可以被认为是等温并且理想地压缩的，在正y方向上通过结254扩散的电子可以被认为是等温并且理想地膨胀的，“理想地”是指理想的气体行为。这种模型通常还假设电子和空穴的行为可以用麦克斯韦-玻尔兹曼分布来近似。如上所述，这种行为被称为费米-狄拉克分布的玻尔兹曼尾，它更一般地描述了固体中电子的行为。在其他模型中，可以认为电子在通过第一过渡区275扩散的整个过程中也经历了温度变化。在一些实施例中，当分别在正或负y方向扩散通过第一过渡区275时，电子可以被认为是绝热膨胀或压缩的。

电荷集合255和电荷集合256占据的区也被称为“耗尽区”。这是由于移动电荷载流子的耗尽，如空穴和电子。在电荷集合255中，在第四导体240中有带负电荷的、即离子化的受体原子，在电荷集合256中，在第五导体241中有带正电荷的、即离子化的施主原子。这些离子嵌入中心导体282的基体材料259中。

中心导体282内的其他导体的配置以及它们之间的结遵循在第四导体240和第五导体241的上下文中描述的相同原理。

第一导体237可以被认为是n型半导体，第二导体238可以被认为是p型半导体。换句话说，在第一导体237中，施主原子262的浓度大于受体原子264的浓度。类似地，在第二导体238中，施主原子262的浓度小于受体原子264的浓度。第一导体237中的隔离费米能268比第二导体238中的大。如图所示，这导致在结242处在第一导体237内的正电荷集合243，以及在结242处在第二导体238内的负电荷集合244。

第三导体239可以被认为是n型半导体。在第三导体239中，施主原子262的浓度大于受体原子264的浓度。与第二导体238和第四导体240相比，第三导体239中的隔离费米能268更大。如图所示，这导致在结246处在第三导体239内的正电荷集合248，以及在结246处在第二导体238内的负电荷集合247。如图所示，这还导致在结250处在第三导体239内的正电荷集合251，以及在结250处在第四导体240内的负电荷集合252。由于施主和受体载流子浓度跨结的不连续性，结242、246、250和254可以被认为是半导体pn结。注意，跨中心导体282的结的电子和空穴的行为通常不遵循传统结中的行为。例如，对于图6a所示的示例性实施例，跨结242和250的电荷载流子的行为偏离传统行为。

对于图6a所示的实施例，电荷集合(例如电荷集合247)中的电荷密度270在整个电荷集合中近似恒定。在其他实施例中，或者在更精确的模型中，金属中耗尽区中电荷沿y方向的分布不需要沿y轴呈矩形。例如，它可以是沿y轴的指数形状。这可以是其中中心导体282内的导体(例如第二导体238)是金属而不是半导体的情况。例如，如果第一导体237是具有比第二导体238更高的隔离费米能的金属，则电荷集合243中的正电荷的浓度可以在结242处在第一导体237中以增加的速率增加。如上所述，在所示的示例性实施例中，电荷集合243中的正电荷的浓度在结242处在第一导体237中近似恒定，如图6b中的线270所示。

电荷集合之间的导体区称为“中性区”。在第二导体238内，施主原子262的浓度和受体原子264的浓度在中性区中在正y方向上降低。施主原子262的浓度的变化与受体原子264的浓度的对应变化相匹配，使得其中第二导体238的价带中的空穴的浓度“p”基本不变。例如，受体原子264的浓度和施主原子262的浓度之差可以在第二导体238的中性区中在受体原子264的浓度降低的整个过程中保持恒定。注意，在这样的实施例中，导带中电子的浓度“n”也保持不变，因为在所示实施例230中，导带中电子的本征浓度“ni”在整个半导体259中也保持不变。施主原子262和受体原子264在正y方向的浓度的降低与第二导体238在正y方向的电导率266的降低相关联。在其他实施例中，价带中的空穴浓度可以在整个中性区沿着y方向变化。

在第三导体239的中性区内，施主原子262的浓度和受体原子264的浓度在正y方向上以导带中的电子浓度n保持基本恒定的方式增加。这与第三导体239在正y方向上的电导率266的增加相关联。第四导体240和第五导体241的中性区以与第二导体238和第三导体239中的中性区类似的方式配置。

注意，沿着正y方向位于第一导体237的中性区的端部和第三导体239的中性区的端部之间的区可以被认为是电压转换设备。类似地，沿着正y方向位于第三导体239的中性区的端部和第五导体241的中性区的端部之间的区可以被认为是电压转换设备。因此，可以认为中心导体282包括两个串联的电压转换设备。在其他实施例中，中心导体可以包括单个电压转换设备。在其他实施例中，中心导体可以包括两个以上串联的电压转换设备。在一些实施例中，电压转换设备可以并联连接。

在图6b中描述的简化模型中，假设耗尽区和结的电导率保持不变。由于在正y方向上跨结242的施主原子262的浓度的降低而导致的电导率的降低被由于受体原子264浓度的增加而导致的电导率的增加所抵消。在一些实施例中，在p型半导体的价带中的空穴浓度等于n型半导体的导带中的电子浓度的情况下，与p型半导体相比，电子的较大漂移迁移率导致n型半导体中的较大电导率。在一些实施例中，跨结的电导率不是恒定的。在一些实施例中，电荷载流子(例如移动的空穴或电子)的浓度跨结不是恒定的。

耗尽区的宽度，即沿着y方向的耗尽区的范围，是受体原子和施主原子的浓度的函数。施主原子和受体原子的浓度越大，耗尽区越小。例如，与结250相比，结254附近的施主原子262的浓度和受体原子264的浓度较小。因此，结254的耗尽区的宽度大于结250的耗尽区的宽度。在其他实施例中，例如在结处的至少一个导体是金属的实施例，耗尽区的厚度可以是电导率的函数。大的电导率通常与小的耗尽区相关联，小的电导率与特定导体中的大的耗尽区相关联。因此，耗尽区的宽度可以通过选择具有适当电导率的相关材料、或者例如适当浓度的施主或受体原子来配置。相邻耗尽区的宽度可以通过改变电导率或施主或受体原子的浓度来改变。例如，可以通过在导体中插入杂质来改变金属的导电性。杂质可以包括绝缘材料，例如玻璃、陶瓷，或半导体材料，例如硅，或者具有比原始材料更低或更高电导率的导电材料。

图6b示出了贯穿中心导体282的电压272或假想正电荷的一般势能。考虑带正电的测试oi从第二容器281通过中心导体282扩散到第一容器280。

在第二容器282中，即在电导体232中，电压272基本恒定，如恒定区279所示。类似地，第一容器280中的电压基本恒定，如恒定区274所示。在中性区内，例如第三导体239的中性区，电压也基本恒定，如恒定区278所示。第四导体240的中性区中的一般势能也基本恒定，如恒定区276所示。

当测试oi进入耗尽区时，测试oi遇到具有沿正或负y方向的非零分量的电场。当oi沿y方向移动时，作用在oi上的相关力改变了oi的一般势能。当电场在正y方向上具有非零分量时，例如结250处的电场，正测试oi在正y方向上受到力，导致在整个耗尽区中在正y方向上的一般势能的减小。由电荷集合251和252组成的耗尽区也被称为第二过渡区277。类似地，当电场在负y方向上具有非零分量时，例如结254处的电场，正测试oi在负y方向上受到力，导致在整个耗尽区中在正y方向上的一般势能的增加。由电荷集合255和256组成的耗尽区也被称为第一过渡区275。

如上所述，为简单起见，第一过渡区275中诸如空穴或电子的移动电荷的行为可以被认为是由半导体pn结的传统模型描述的。第四导体240和第五导体241的隔离费米能的差异可用于计算恒定区274和恒定区276之间的电压差的幅度。这种电压差也被称为“内建势(built-inpotential)”。对于静态边界条件，可以认为需要内建势来平衡跨结254的费米能。耗尽区的宽度，即电荷集合255和电荷集合256沿y方向的范围之和，可以从第一过渡区275中的电压差、即内建势来计算。耗尽区的宽度也是每个导体中给定的施主原子262的浓度和受体原子264的浓度以及其他参数的函数。类似地，电荷集合255中负电荷的总数和电荷集合256中正电荷的总数由内建势决定。电荷集合中的电荷数也是结两侧的施主和受体原子浓度以及其他参数的函数。因此，可以选择或配置第四导体240和第五导体241的材料特性，以在整个第一过渡区275中提供正测试oi的一般势能的期望平均梯度。注意，平均梯度是内建势和耗尽区的宽度的比率。

根据本发明的一些实施例，以过渡区277的宽度足够小的方式配置第二过渡区277，使得跨第二过渡区277的oi的行为偏离基线或参考情形中的oi的行为，在这种情况下，基线或参考情形是传统pn结中的oi的行为。过渡区(例如过渡区277)的宽度是过渡区277沿着扩散通过过渡区的oi的路径(例如在过渡区277的情况下沿着y轴)的范围。这可以通过将第二过渡区277的宽度配置成比邻近过渡区277的恒定区中的oi的最小平均自由路径大几个数量级来实现。例如，第二过渡区277的宽度可以是恒定区276中移动电子的平均自由路径的数量级。第二过渡区277可以以与图1a中的第二过渡区7类似的方式配置，并且第二过渡区在图2的上下文中描述。与第一过渡区275相比，整个第二过渡区277中oi的行为遵循与图1a和图2的上下文中概述的那些相似的原理。与基线情形相比，在正或负y方向上扩散通过第二过渡区277的空穴或电子对于一般势能的每单位变化经历减少的碰撞次数。与过渡区275相比，这改变了通过过渡区277的oi的行为。因此，穿过过渡区277的oi的行为偏离了穿过传统半导体pn结的电子或空穴的行为。结果，恒定区278和恒定区276之间的电压272差小于恒定区274和恒定区276之间的电压272差。如在图2的上下文中提到的，在其他实施例中，前者的差异可以大于后者。例如，当在结处导体之间的隔离费米能的差远大于图6b中描述的实施例中的差时，可能是这种情况。

在高度简化的例子中，考虑正测试oi在正y方向上扩散通过过渡区277而没有经历碰撞。在移动通过第二过渡区277之前，在该简化模型中，假设任何oi的能量根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布分布。在第二过渡区277中缺少碰撞，或者在一般势能的每单位变化中碰撞的数量减少，可以以分布偏离基线、参考或常规分布的方式改变移动通过第二过渡区277的电子或空穴的能量分布。随着移动通过过渡区，oi将经历碰撞，导致oi能量的重新分布。在再分布过程之后，电子能量的分布类型回到传统的分布类型，在这种情况下，这是麦克斯韦-玻尔兹曼分布，它也描述了理想气体的行为。在简化模型中，这种重新分布发生在恒定区，例如恒定区278或恒定区276。请注意，该简化示例与图2中更详细讨论的简化示例相同。因此，整个第二过渡区277中的oi的行为不能被建模为包含oi的介质的等温、理想气体压缩或膨胀，这是传统上如何对整个第一过渡区275中的oi的行为进行建模的。

相比之下，由于第一过渡区275的大宽度，移动通过第一过渡区275的oi在整个第一过渡区275中经历多次碰撞，导致在整个第一过渡区275中对于一般势能的每单位变化，oi的能量的更频繁地重新分布。可能与导体中的原子或分子发生碰撞，即声子或晶格振动。空穴和电子之间也会发生碰撞，也称为复合或生成。空穴之间或电子之间也会发生碰撞。贯穿第一过渡区275的这些碰撞保持了oi的状态之间的常规能量分布，在这种情况下，这是麦克斯韦-玻尔兹曼分布。oi与声子(即导体中的分子)之间的碰撞允许oi与第四导体240和第五导体241之间的热传递。这有助于oi在整个第一过渡区275的等温行为。

如在图2的上下文中提到的，上述示例被高度简化，并且不旨在限制本发明的范围。其他实施例不需要表现出与前述示例中描述的相同行为或相同特征。例如，第一过渡区275内的oi的行为也可以偏离半导体pn结的传统模型中的oi的行为。在这样的实施例中，在第二过渡区277中与传统行为的偏差可以比在第一过渡区275中更大。这可以保持中心导体282的电压转换功能。

结250处的耗尽区的宽度，即第二过渡区277的宽度，是贯穿第二过渡区277的上述oi行为以及第三导体239和第四导体240的材料特性和其他参数的函数。在该特定示例中，整个第二过渡区277的电压差小于传统计算的pn结的内建电压。

在更详细的例子中，考虑第二过渡区277附近的移动电子的最小平均自由路径为40纳米的情况。在这种情况下，第二过渡区277的宽度可以被配置为小于10纳米，第一过渡区275的宽度可以被配置为1微米。第二导体282的温度可以是室温。

注意，在一些实施例和一些配置中，贯穿第二过渡区277的oi的行为也可以是等温的。在这样的实施例中，贯穿第二过渡区277的oi的行为仍然偏离理想气体压缩或膨胀的等温行为，或者贯穿第一过渡区275的等温行为。例如，这种差异可以表现为整个过渡区内oi的密度或压力的变化。

一般而言，在根据本发明配置的整个第二过渡区中，oi的行为偏离在整个合适的理论参考情形或可比较的第一过渡区中的oi的行为。默认情况下，参考情形是涉及标准分布的情形，例如费米-狄拉克分布、麦克斯韦-玻尔兹曼分布或玻色-爱因斯坦分布。

图7是本发明的一个实施例在超音速冲压发动机中的应用的剖视图。

发动机3000可以通过与气体分子(例如空气分子)相互作用产生推力。发动机3000包括第一入口3003、第一收缩部3004、第一膨胀部3005、过滤设备3006、第二收缩部3007、第二膨胀部3008和出口3009。在标称超音速飞行期间，流入流管3018和流出流管3019分别入射到前缘3010和后缘3011的驻点上或由其发出。

发动机3000包括由基体材料3001界定并位于入口3003和出口3009之间的通道3002。例如，发动机3000可以配置成在空气中操作。在该简化实施例中，发动机的外表面3020和内表面3021描述了轴对称和同心的表面，对称轴线平行于与页面底部平行的x轴，对称轴线被称为“中心轴线”。

具有外表面3025的平移钉3022被配置成调节通过发动机3000的流量，从而调节产生的推力量。平移钉3022可以由液压或电动致动器沿着中心轴线移动，以连续可变的方式将通道3002的横截面积从打开位置增加或减少到关闭位置。支撑支柱，例如支撑支柱3023为平移钉提供结构支撑。标称操作期间的流动方向是从页面左侧到页面右侧，在正x方向。

根据一个实施例配置过滤设备3006。例如，过滤设备3006可以包括几层过滤设备，例如串联布置的层3031和层3035，其中一层中的每个过滤设备以与图3a所示的过滤设备相似的方式布置。因此，包括感兴趣对象(例如空气)的介质的密度跨过滤设备而增加，使得站301处的密度大于站304处的密度。类似地，站3045处的密度大于站3044处的密度。在这个特定的例子中，站3015处的温度和压力小于站3014处的温度和压力，如图3b和图2所示。注意，在该特定示例中，第二过渡区位于第一过渡区的下游。在其他示例中，例如气体在整个过滤设备3006中是等温的情况，站3015处的压力大于站3014处的压力。等温情况由图2中线34和35的交点来说明。

图2描述了各种各样的替代情况，例如站3015处的温度和压力大于站3014处的温度和压力。注意，在一些这样的实施例中，第二过渡区位于第一过渡区的上游，而不是第一过渡区的下游，以便产生净推力或允许oi做净量的功。当一般势阱的深度超过阈值时，就会出现这些情况。在图2中，该阈值出现在一般势阱中的深度，该深度比等温情况的深度稍大或稍深。阈值深度可以通过确定这样的深度来计算：在该伸出度，从第一过渡区扩散通过势阱到达并通过第二过渡区的oi的比熵增加而不是减少。对于比阈值深度浅的势阱，第二过渡区可以位于第一过渡区的下游。对于比阈值深度更深的势阱，第二过渡区可以位于第一过渡区的上游。这确保了对于流经势阱的oi，oi的比熵总是减小。熵的减少可以允许oi做净量的工作，并从环境中吸收等量的净能量

存在oi(例如空气分子)在正x方向上通过过滤设备3006的净扩散。过滤设备中的每个通道系统包括通道的第一开口，例如第一开口3032和第二开口3033，通道例如是通道3034或通道3038，如放大部3030所示。

发动机3000可以被认为在其他方面以类似于传统冲压发动机的方式运行。在自由流站3012和喉部3013之间，超音速流被减速，并且空气优选地被等熵压缩，即不产生冲击波。在喉部3013和站3014之间，气流被压缩并进一步减速至亚音速。在理想的冲压发动机中，站3012和3014之间的压缩是绝热的，但是在实际应用中，在喉部3013和站3014之间可以有稳定的弱冲击波，优选靠近喉部3013以减少损失。站3014处的流速减小，以便减小与过滤设备3006相关的阻力。

过滤设备被配置为增加气体的密度并降低气体的比熵。随着站3015处密度的增加，气体通过会聚和发散喷嘴膨胀，优选绝热膨胀。在这种膨胀中，气体的温度降低，使得站3017处的温度低于站3012处的温度，而两个站处的压力都是大气压。

在其他实施例中，过滤设备中的各个层可以以与图4a、图5a或图1a所示的过滤设备相似的方式配置。在一些实施例中，过滤设备可以包括多层过滤设备的若干周期性布置。一层中的过滤设备以并联方式布置，而相邻层中的过滤设备以串联方式排列。

“特征长度”是第二过渡区的长度，例如图5a中的长度“l2”，或图3a中第二过渡区81沿y轴的范围，或图1a中投影到y轴上的第二过渡区7的长度，或图4a中第二过渡区146沿y轴的范围。在一些实施例中，特征长度小于邻近第二过渡区的感兴趣对象的最小平均自由路径的1000倍。在一些实施例中，特征长度小于邻近第二过渡区的感兴趣对象的最小平均自由路径的100倍。在一些实施例中，特征长度小于邻近第二过渡区的感兴趣对象的最小平均自由路径的10倍。在一些实施例中，特征长度小于邻近第二过渡区的感兴趣对象的最小平均自由路径。

在一些实施例中，每层过滤设备的特征长度可以在整个组合过滤设备中在下游方向上减小，与跨过滤设备的密度增加相关的平均自由路径的减小相对应。可选地，可以增加流速，降低介质密度，以便将平均自由路径的长度保持在由过滤设备的配置或可制造性提供的尺寸约束之上。

图8是图7所示实施例在闭合或零推力配置下的剖视图。在该配置中，平移钉3022处于完全缩回的位置，导致通道3002关闭并且产生零推力。在该配置中，过滤设备3006可以被认为在静态边界条件下操作，在该特定情形下，与在站3014处的第一容器相比，在站3015处的第二容器中产生更大的密度。平移钉3022可用于调节或控制通过控制穿过发动机的通道3002的流体的质量流量而产生的推力量。

在其他实施例中，可以通过改变电荷集合中的电荷量来调节推力，例如图4a中的电荷集合117，或者图3a中的电荷集合56。可以通过经由电导体连接到各个电荷集合的电压源来调节电荷量。例如，电压源可以是电池或发电机。

图9是压力值3302对通过本发明的示例性实施例的空气的比容3301的曲线图，该示例性实施例例如是与图1a、图3a、图4a或图5a所示的示例性实施例类似配置的实施例。为简单起见，该图显示了等温情况。等温情况由图2中线34和35的交点来说明。

曲线图3300中的热力学循环示出了第一点3303、第二点3304、第三点3305和第四点3306。第五点和第一点重合。处于自由流状态3303的气体被绝热压缩3307。在遇到根据一个实施例配置的过滤设备期间，气体被等温和绝热压缩，如虚线3308所示。在这个过程中，气体的比熵减小。气体随后被绝热膨胀3309。在站3306处，气体在自由流压力下被排出到自由流中。在自由流中，气体被等压加热3310。站3306处的气体比站3303处的气体冷，由气体冷却产生的净机械功是绝热膨胀3309和绝热压缩3307的功之差。

对于实施例的子集，站3303、3304、3305和3306可以被认为分别对应于图7中的站3012、3014、3015和3017。本领域技术人员可以容易地构建采用根据本发明实施例配置的过滤设备的其他热力学循环，例如封闭循环或涉及等容或等温压缩或膨胀的循环，而不是绝热压缩或膨胀。该循环的压力值是任意的，并且是出于说明的目的而选择的，并且不旨在限制本发明的范围。

图10是压力值3322对通过本发明的示例性实施例的空气的比容3321的曲线图，该示例性实施例例如是与图1a、图3a、图4a或图5a所示的示例性实施例类似配置的实施例。为简单起见，该图显示了等温情况。等温情况由图2中线34和35的交点来说明。

曲线图3320中的热力学循环示出了第一点3323、第二点3324、第三点3325和第四点3326。第五点和第一点重合。处于自由流状态3323的气体被绝热膨胀3327。在遇到根据一个实施例配置的过滤设备期间，气体被等温和绝热压缩，如虚线3328所示。在这个过程中，气体的比熵减小。气体随后被绝热压缩3329。在站3326处，气体在自由流压力下被排出到自由流中。在自由流中，气体被等压加热3310。站3326处的气体比站3323处的气体冷，由气体冷却产生的净机械功是绝热膨胀3327和绝热压缩3329的功之差。

采用根据本发明的各种实施例配置的过滤设备的其他热力学循环，例如封闭循环或涉及等容或等温压缩或膨胀而不是绝热压缩或膨胀的循环，可以由本领域技术人员容易地配置。该循环的压力值是任意的，并且是出于说明的目的而选择的，并且不旨在限制本发明的范围。

图11是示出根据各种实施例的过滤设备3400的另一实施例的示意图。过滤设备3400设置在介质3402内。过滤设备3400便于感兴趣对象从第一容器3404扩散到第二容器3406，而不消耗有用的能量，例如储存在电池中的燃料或电能。参考数字3408标识一个这样的感兴趣对象。过滤设备包括体力发生设备(bfga)3410。bfga3410在感兴趣对象3408上施加单位质量的体力。感兴趣对象包括空气分子、水分子、尘埃粒子、离子、电子和介质中的其他类型的基本粒子或组成部分。由bfga3410产生的力场产生了空间变化的势场3412。在该示例中，空间变化的势场3412包括第一梯度3414和第二梯度3416。第一梯度3414使感兴趣对象经历正常统计行为。第二梯度3416足够强以使感兴趣对象偏离正常统计行为。图3a、图4a、图5a、图6a、图7和图8示出了产生足够强的空间或时间梯度(例如梯度3416)以使感兴趣对象偏离正常统计行为的bfga的各种示例，例如bfga3410。

除非另有说明或上下文清楚，否则术语“或”在本说明书中等同于“和/或”。

本发明的各种实施例还包括以下方面。

方面1.一种过滤设备，所述过滤设备包括：体力发生设备或bfga，被配置为在介质中的感兴趣对象上施加每单位质量的体力，其中由bfga产生的力场产生所述感兴趣对象的空间变化的势能，即空间变化的势场，其中势场的空间或时间梯度在空间中的至少一个位置或在时间上的至少一个时刻足够强，使得所述感兴趣对象在该场中经历从正常统计行为的偏离，其中势梯度大于感兴趣对象的平均能量的0.1％与邻近所述势梯度的感兴趣对象的1000个平均自由路径或1000个平均自由时间的长度的比率。

方面2.根据方面1所述的过滤设备，其中，所述感兴趣对象是空气分子。

方面3.根据方面1所述的过滤设备，其中，所述感兴趣对象是水分子。

方面4.根据方面1所述的过滤设备，其中，所述感兴趣对象是尘埃粒子、离子、电子和介质中的其他类型的基本粒子或组成部分。

方面5.根据方面1所述的过滤设备，其中，所述体力本质上是引力。

方面6.根据方面1所述的过滤设备，其中，所述体力本质上是惯性的。

方面7.根据方面1所述的过滤设备，其中，所述体力本质上是电的。

方面8.根据方面1所述的过滤设备，其中，所述体力本质上是磁的。

方面9.根据方面1所述的过滤设备，其中，体力本质上是电磁的。

方面10.根据方面1所述的过滤设备，其中，正常统计行为由麦克斯韦-玻尔兹曼统计描述。

方面11.根据方面1所述的过滤设备，其中，正常统计行为由费米-狄拉克统计描述。

方面12.根据方面1所述的过滤设备，其中，正常统计行为由玻色-爱因斯坦统计描述。

方面13.根据方面1所述的过滤设备，其中，相对于方面1的足够强的势场，紧邻方面1的足够强的势场的势场：更强，即空间上或时间上更大的势场梯度幅度；或者更小，即空间上或时间上更小的势场梯度幅度。

方面14.根据方面13所述的过滤设备，其中，对于动态边界条件，存在感兴趣对象的通过空间或时间不对称势场的净流。

方面15.根据方面13所述的过滤设备，其中，对于静态边界条件，不对称势场一侧的感兴趣对象的浓度或密度相比于另一侧有净变化。

方面16.根据方面13所述的过滤设备，其中，对于静态边界条件，不对称势场一侧的感兴趣对象的温度相比于另一侧有净变化。

方面17.根据方面13所述的过滤设备，其中，对于静态边界条件，不对称势场一侧的感兴趣对象的压力相比于另一侧有净变化。

方面18.根据方面7所述的过滤设备，其中，所述感兴趣对象带有感应或永久电偶极子。

方面19.根据方面8所述的过滤设备，其中，所述感兴趣对象带有感应或永久磁偶极子。

方面20.根据方面7所述的过滤设备，其中，所述感兴趣对象带有感应电荷或永久电荷。

方面21.根据方面7所述的过滤设备，其中，bfga包含嵌入绝缘材料的电荷。

方面22.根据方面7所述的过滤设备，其中，所述介质包括导电或半导体材料。

方面23.根据方面1所述的过滤设备，其中，所述体力在空间中的方向和幅度基本上是均匀的，并且其中感兴趣对象所经历的不对称空间梯度由穿过所述力场的通道或管道的不对称形状提供。

方面24.根据方面1所述的过滤设备，其中，所述过滤设备还包括至少一个通道，感兴趣对象能够通过所述至少一个通道扩散，并且对象可以在所述至少一个通道内经受空间或时间变化的势场。

方面25.一种包括至少两个根据方面1所述的过滤设备的系统，其中，每个过滤设备串联连接，使得感兴趣对象能够依次通过它们扩散。

方面26.一种包括至少两个根据方面1所述的过滤设备的系统，其中，所述过滤设备彼此并联布置。

方面27.一种过滤、泵送或改变感兴趣对象的浓度的方法，所述方法包括：提供体力发生设备或bfga，bfga被配置为在介质中的感兴趣对象上施加每单位质量的体力，其中由bfga产生的力场产生所述感兴趣对象的空间变化的势能，即空间变化的势场，其中势场的空间或时间梯度在空间中的至少一个位置或在时间上的至少一个时刻足够强，使得所述感兴趣对象在该场中经历从正常统计行为的偏离，其中势梯度大于感兴趣对象的平均能量的0.1％与邻近所述势梯度的感兴趣对象的1000个平均自由路径或1000个平均自由时间的长度的比率。

方面28.一种过滤、泵送或改变感兴趣对象的浓度的方法，所述方法包括：提供方面1-26中的任一项。

尽管为了说明本发明，上面描述了特定的示例性实施例，但是本发明不限于特定的实施例。因此，在不脱离权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以实践所描述的实施例的各种修改、改编和各种特征的组合。