Электродинамика. Индукция, наводимая переменным электрическим зарядом

29.09.2017 г.

Продолжим работу над таблицей, по которой я буду классифицировать свои опыты, тем самым наводя порядок в голове. Видно, что в заголовке этой таблицы слова магнетизм нет, так как оно не имеет самостоятельной природы. В отдельных ячейках временно я оставил этот термин как условное обозначение специфических электродинамических явлений, которые разделены на четыре группы. Физические явления каждой группы надо изучать отдельно, выявляя особенности проявления электричества, так как в них задействованы разные естественные физические процессы. Об этом будет сказано и дано обоснование в других работах. Сюда войдут и опыты Г. В. Николаева. Не судите строго, так как таблица родилась в первый раз, и, разумеется, будет изменяться, дополняться, пока, наконец, она не станет адекватно отражать главный замысел, но классификация всех электрических явлений по предложенной схеме – останется.

Таблица №1

Изучение электродинамики начнём с индукции, создаваемой переменными электрическими зарядами, имеющими низкую энергию. Если к качеру понести неоновую лампу, то она не будет светиться, так как энергии его импульсов недостаточно, что создавать возбуждение атомов инертного газа в неоновой лампе или в окружающей среде.

Любая катушка индуктивности имеет провод, у которого есть некоторая длина. Поэтому вместе с колебаниями тока и напряжения, в её проводнике всегда будут возникать продольные волновые процессы.

Качер В. И. Бровина

В ролике под названием «Магниты. Второе магнитное поле Николаева – 6 (повтор)» вскользь я уже обращался к качеру Бровина. В этом ролике я исследовал явления скалярного магнитного поля (называемого ещё продольной компонентой тока смещения), поэтому не касался работы самого качера. Напомню его.

Смотрим видео фрагмент 01:

В Интернете о качере Бровина можно найти много материала. Но ещё до появления работ В. И. Бровина подобные схемы уже была созданы и опробованы. Впервые схема подобная качеру была описана в статье «Схемы не по правилам», которая была опубликована в журнале Юный техник №5 за 1985 год. В ней было рассказано о сохранении работоспособности транзисторов при сверхнизком питании. На Рис.1 представлена эта статья с этими схемами:

Рис.1

В то время никто не обратил внимания, что кроме низкого питания, приведённые в статье схемы, имеют ещё одну интересную особенность. Она заключается в особом излучении катушек индуктивности, используемых в схемах, в которых в дополнение к переменным электрическим колебаниям возникают однополярные электрические импульсы, мимо которых прошли многие исследователи, не заметив их. На эту особенность обратил внимание наш соотечественник Владимир Ильич Бровин, дай Бог ему здоровья. Им была собрана и исследована схема, приведённая на рисунке ниже на Рис.2. Здесь же приведены размеры катушек, данные их обмоток и номиналы комплектующих датчика перемещения.

Рис.2

В радиотехнике правило хорошего тона подразумевает, что любая схема обязательно должна быть повторяемой. Поэтому я решил повторить один к одному схему В. И. Бровина, чтобы подробно ознакомиться с особенностями её работы. Ниже представлены некоторые фотографии датчика, изготовленного мной точно чертежу и схеме, представленной на Фото 1 и на Фото 2. Добавлен только подстроечный резистор 2кОм в цепи питания качера для регулировки амплитуды импульсов.

Фото 1. Индуктор датчика в сборе
Фото 2. Катушки датчика

Базовая катушка намотана, как и рекомендовал В. И. Бровин проводом из нихрома, коллекторная медным проводом, но для надёжности в шёлковой изоляции.

Смотрим видео фрагмент 02:

Особенности работы схемы подробно описаны в патенте на изобретение датчика перемещения под названием «Датчик Бровина», заявку на который В. И. Бровин подал в 1993 году. Ниже приведён фрагмент рисунка из этого патента:

Рис.3

Слева на Рис.3 показано взаимное расположение частей датчика и показаны возможные направления их взаимных перемещений по трём координатам, а справа на графике показаны три кривые, показывающие изменения э.д.с. в результате перемещения отдельно по каждой координате x,y и z.

Смотрим видео фрагмент 03:

Основные особенности работы качера были отмечены именно в патенте на датчик перемещения. В. И. Бровин нашёл, что, что изменение э.д.с. на выходе катушки-приёмника при смещении её относительно катушки-индуктора по оси у, в пределах 40 мм происходит по линейному закону, чего не наблюдается при перемещении приёмника по осям x и z. Этого ему удалось добиться в результате планомерных действий и за счёт относительных размеров катушек – приёмника и индуктора.

Смотрим видео фрагмент 04:

У многих может возникнуть закономерный вопрос: «Зачем тратить столько времени на демонстрацию работы банальной схемы?»

Отвечаю. Чтобы наглядно показать существование у качера Бровина переменной электрической индукции. Конечно, качер излучает магнитную составляющую индукции, но помимо неё – ещё и электрическую составляющую, и на это я обращаю здесь особое внимание. По этой причине эта работа отнесена не к магнитодинамике, а к электродинамике.

Заметьте, в этой работе я не использую (как анахронизмы) термины поле, электромагнитное поле, волны, противоположности в том смысле, который вкладывается в них официальной физикой. Физические явления, которые обозначались этими терминами, существуют реально, но для их описания требуется совершенно иная интерпретация и термины. Например, термин поле в моём понимании должен нести тот смысл, который в него вложен русским языком, и обозначать нечто двумерное и продолжительное, например, поле, засеянное клевером или кукурузой. Удивляет, что физика, болеющая редукционизмом, стремится раскладывать всё и вся на составляющие, а здесь – вот тебе на! Она почему-то забыла это сделать и рассказать о компонентах, из которых состоит, с позволения сказать, электромагнитное поле. Поле существует и всё тут!

– А как быть с неделимым атомом?

– Мы обязательно его расколем на части.

– Ну, так разложите на части понятие поля или хотя бы скажите, что это такое?

– Молчание.

Надо понимать, что в физической реальности всегда существует только 3-х-мерная среда, в которой наблюдаются те или иные физические явления определяемые её вещественным содержанием. Если мы будем изучать, например, явления индукции в физическом вакууме, который представляет собой среду, состоящую из различных комбинаций элементарных электрических зарядов, то это накладывает свои ограничения на продольные возмущения в физ. вакууме. Если нам придётся изучать явления в воздушной среде, то здесь она и её составляющие будут накладывать свои ограничения на продольные возмущения в ней и так далее. О каком поле здесь может идти речь? – Правильно, ни о каком. Поле – это отголосок теории дальнодействия, так же являющейся анахронизмом. Кроме этого мы не можем изолировать явления в воздушной или иной среде отдельно от явлений в физическом вакууме, поэтому всегда должны учитывать их совместное влияние. Как это сделать – а вот для этого и существует наука.

И так, для доказательства существования у качера Бровина переменной электрической индукции, давайте посмотрим ещё два видео фрагмента.

Опыт №1. Для наглядности и для сравнения мощности излучения качера и любого другого источника излучения проведём опыт, например, с силовым трансформатором, первичная обмотка которого включена в сеть переменного напряжения 220 В и частотой 50Гц.

Фото 3.

Вторичная обмотка на 20 В, которая питает лампу накаливания напряжением 26 В (только для индикации работы трансформатора). Посмотрим, будет ли и как индикатор Бровина регистрировать влияние этого трансформатора? Для этого сердечник трансформатора сделаем открытым, удалив его верхнюю часть, как это видно на Фото3, а на его место сверху наложим катушку-приёмник Качера Бровина.

Смотрим видео фрагмент 05:

Так как у трансформатора отсутствует часть сердечника, в результате ток в сетевой обмотке значительно превышает номинальный из-за уменьшения индуктивности сетевой катушки трансформатора, хотя на видео звука работы трансформатора не слышно, потому, что сердечник туго набит в каркасе катушки.

Фото 4. Температура катушки трансформатора

По этой причине за 40 сек. работы трансформатора его обмотка нагрелась до 100º С.

Смотрим видео фрагмент 06:

Факт сильного нагрева трансформатора является самым наглядным показателем величины тока в сетевой обмотке трансформатора, следовательно, и магнитного потока его сердечника. Несмотря на огромную потребляемую энергию трансформатором от сети (по сравнению с качером), идущую на создание переменной магнитной индукции, создающуюся открытым ферромагнитным сердечником трансформатора, стрелочный индикатор регистрирует наводимую в приёмной катушке датчика э.д.с., сопоставимую с влиянием качера. А этот качер имеет выходную мощность всего 50 мВт при сопротивлении в цепи питания 1,6 кОм и токе потребления 5,7 мА! Несмотря на всё это отклонение стрелки индикатора, не превышает отклонение, какое он показывает от работы качера.

Смотрим видео фрагмент 07:

Кроме того факт максимального отклонения стрелки имеющий место только над центральным стержнем сердечника трансформатора указывает, что магнитная составляющая имеет здесь далеко не главную роль, доказательством чему является тот факт, что над боковыми стержнями трансформатора, имеющими по 50% от магнитной составляющей центрального стержня, стрелка индикатора даже не отклоняется. Отсюда следует единственный вывод, что катушка-приёмник датчика скорее всего регистрирует не магнитную составляющую, а электрическую, которая максимальна именно над сетевой катушкой трансформатора, где, помимо излучения магнитной составляющей, присутствует большая электрическая составляющая индукции сетевой катушки трансформатора.

Вывод: датчик Бровина регистрирует электрическую составляющую индукции, которая значительно превышает магнитную составляющую у качера Бровина, что наглядно доказывает этот опыт.

Опыт №2. Посмотрим, а можно ли опытным путём зафиксировать, а также использовать эту переменную электрическую составляющую индукции качера Бровина? Для этого соберём установку, показанную ниже на Фото 5.

Фото 5. Внизу фотографии показаны две медные пластины, покрытые тонкой вспененной полиэтиленовой изоляцией, к которым припаяны два вывода коаксиального кабеля.

Отдельно надо отметить, что для отслеживания полярности сигнала на каждой фотографии я принял специальные меры, стараясь не менять местами сигнальный и общий провод щупа осциллографа.

Фото 6. Осциллограммы работы качера амплитуда около +20 В. Внизу – линия нуля. (зелёный провод 1-го щупа осциллографа – общий, подключён к эмиттеру транзистора, а сигнальный – к его коллектору).
Фото 7. Осциллограммы сигнала, снятые при отключённом проводе катушки, импульсы положительной полярности (здесь общий провод 2- щупа осциллографа – это крокодил с красной термоусадкой, а сигнальный провод с зелёной термоусадкой подключён прямо к центральной жиле коаксиального кабеля).
Фото 8. Осциллограммы сигнала, снятые с катушки с сердечником, подключённой к катушке при отключённом конденсаторе переменной ёмкости (корпус конденсатора соединён с общим проводом).

У катушки есть собственная ёмкость, которые вместе с медными пластинами (составляющими вместе приёмник электрических импульсов) образуют колебательный контур. Частота его оказалась почти в два раза выше, чем частота следования импульсов качера. Совмещение работы колебательного контура с конденсатором переменной ёмкости и без него показано на Рис.4.

Рис.4. Ситуация с отключенным конденсатором переменной ёмкости (1. напряжение и 2. ток – период колебания катушки с конденсатором переменной ёмкости, 3. – колебания катушки с отключённым конденсатором переменной ёмкости, 4. – импульс качера).

Ниже на Фото 9 показаны отдельно: осциллограмма колебаний контура, образованного катушкой с ферритовым сердечником и её собственной ёмкостью; осциллограмма импульсов качера; совместная осциллограмма. Для удобства наблюдения я сжал импульсы по горизонтали, растянул по вертикали и совместил вершины импульсов качера и колебаний в катушке, как показано ниже. При этом очень хорошо видно участие импульсов качера.

Фото 9. Совмещённая осциллограмма, показывающая работу качерного импульса в колебательном контуре без конденсатора переменной ёмкости.

Я не буду анализировать характер этого вида раскачки колебательного контура. Это посетители канала смогут сделать самостоятельно.

Давайте подключим параллельно катушке конденсатор переменной ёмкости и настроим его в резонанс с поступающими в контур электрическими импульсами и сделаем подробный анализ работы системы, состоящей из колебательного контура и приёмника электрических импульсов.

Смотрим видео фрагмент 09:

Чтобы ответить на этот вопрос давайте сделать подробный анализ работы системы, состоящей из колебательного контура и приёмника электрической энергии импульсов. Чаще всего раскачка колебательного контура осуществляется током, то есть индуктивным способом, поэтому применяется индуктивная связь между приёмником и индуктором. В этом случае процесс раскачки будет протекать иначе. В нашем случае в качестве приёмника импульсов мы применяем не катушку, а конденсатор. На Фото 6 видно, что индуктор датчика находится между двух медных пластин, поэтому энергия электрических однополярных импульсов улавливаются двумя пластинами, образующими конденсатор и заряжая его. Далее по коаксиальному кабелю энергия подаётся в конденсатор колебательного контура, настроенного в резонанс на частоту импульсов качера.

Это, конечно, не самый лучший способ снятия электрической энергии, так как для этой цели нужно мотать катушку индуктора другим способом – или в один ряд на цилиндр или в один ряд по спирали для того, чтобы максимально разнести в пространстве начало катушки и её конец. Это позволило бы поместить обкладки конденсатора–приёмника в непосредственной близости от них, в результате эффективнее принимать электрическую составляющую качера и достичь максимума разности потенциалов. Тем не менее, в этом опыте для нас важен сам факт существования и регистрации переменной электрической составляющей индукции у качера, даже в исполнении В. И. Бровина, приёма электрической энергии и возможности раскачки нею колебательного контура.

Если кто захочет спросить о токах Фуко, наводимых в медных пластинах переменной магнитной составляющей индукции, то да, там они присутствуют, так как создаваемый индуктором магнитный поток, пересекает пластины практически перпендикулярно. Но на величину снимаемого с пластин сигнала эти токи не оказывают влияния, разве что увеличивают потери энергии, идущую в этом случае на нагрев пластин.

В этом фрагменте видно, что качерные импульсы совпадают с ниспадающими участками синусоиды и выпячиваются на ней справа. Все эти осциллограммы приведены только для одной цели – чтобы понять, как происходит раскачка колебательного контура однополярными электрическими импульсами. Давайте рассмотрим этот процесс подробнее.

Из опыта все знают, как надо раскачивать качели. Толкать качели, то есть сообщить импульс р лучше в тот момент, когда качели слева или справа миновали точку максимального отклонения и начали двигаться в обратную сторону. Точно так же обстоят дела и с электрическим импульсом, созданным качером.

Энергия электрического импульса, воспринятая медными пластинами, заряжает конденсатор колебательного контура. В этот момент ток в катушке достигает экстремума и начинает менять своё направление на противоположное. Это явление и есть полная аналогия раскачиванию качелей, где ток подобен качелям. Ток получает импульс, как только конденсатор начинает разряжаться в катушку. Поэтому-то максимум амплитуды тока в катушке колебательного контура приходится на тот момент, когда напряжение на конденсаторе равно нулю, а качерный импульс его заряжает. Именно по этой причине, на осциллографе мы наблюдаем, что толчок тока (качелей) происходит в середине амплитуды напряжения заряженного конденсатора, когда заряженный конденсатор начинает разряжаться на катушку индуктивности.

Рис.5. Оптимальная точка для начала толчка: (в начале третьей четверти периода колебаний контура напряжение на конденсаторе переходит через нуль, а ток – через минимум (амплитуды тока и напряжения условные), а в это время качерный импульс заряжает конденсатор, заряжает конденсатор и сообщает энергию колебательному контуру).

Чтобы подтвердить это, давайте посмотрим совмещённую осциллограмму двух сигналов – импульсов качера и колебаний контура. Ниже на Фото 10 внизу показаны все нужные данные.

Фото 10. Осциллограмма при подключённом конденсаторе переменной ёмкости. (верхний луч – это импульсы качера, нижний луч – осциллограмма колебательного контура, раскачиваемого однополярными электрическими импульсами).

Смотрим видео фрагмент 10:

Теперь не остаётся никаких сомнений в том, что мы раскачиваем колебательный контур именно в тот момент, который указан на Рис.5. На осциллограмме показаны колебания напряжения на конденсаторе переменной ёмкости. Колебания тока (качелей) сдвинуты от колебаний напряжения по фазе на 90º. Следовательно, качерные импульсы попадают ровно в момент перехода амплитуды тока через экстремум, а в этой точке – самое эффективное раскачивание.

Кандидат технических наук Г. Я Зверев в своей работе «Физика без механики Ньютона, без теории Эйнштейна и без принципа наименьшего действия» создал физическую модель и вывел формулу, выражающую наилучшие условия для резонансного захвата энергии.

На Рис. 6 показан фрагмент обложки его книги, которую можно найти в Интернете и ознакомиться самостоятельно.

В его работе рассмотрены не только механические, но и электрические явления резонанса. На странице 18 он пишет:

Рис.6
Рис.7. Три условия для резонансного захвата энергии

Для целей исследования Г. Я Зверев вводит понятие коэффициента захвата энергии Zч. На Рис.7 видно, что, например, при условии mт»mч соотношение скоростей Vт/Vч ускорителя (ч) и ускоряемого (т) должно составлять 0,5. Это значит, что скорость качелей должна быть в два раза больше, чем в это время движутся качели. Если тело неподвижно или имеет скорость, равную скорости ускорителя (частицы), то коэффициент захвата энергии равен нулю (Zч = 0), а захвата энергии вообще не происходит, а при Zч = – 1, тело полностью захватывает энергию ускорителя! Таким образом, в точке 0,5, отложенной по горизонтальной оси, мы имеем условие для резонансного захвата энергии, а в точках 0 и 1 мы имеем два анти резонанса, когда захват энергии телом вообще невозможен.

Поэтому, если у нас вес ребёнка равен весу качелей, то толкать мы должны в момент, когда качели достигли максимального отклонения и остановились перед началом движения назад.

Если у нас лёгкий ребёнок находится на тяжёлых качелях, то мы должны толкать качели, когда качели достигли максимального отклонения и движутся назад. В этом случае мы должны толкать их со скоростью превышающей скорость качелей почти в два раза, независимо от скорости движения качелей в текущий момент, и так далее.

Вот это мы и чувствуем интуитивно, ловя нужный момент и чувствуя скорость, с которой нужно подталкивать качели, в результате делая это самым эффективным образом. Поняв этот метод, не трудно его приложить и к области электрических явлений.

Между делом можно сказать, что в ролике по электростатике было показано, как можно зарядить физическое тело, если к нему поднести заряженный предмет, не касаясь его, и прикоснуться к телу проводом заземления. Если организовать этот процесс на больших частотах, имея современную материальную базу и технологии то, применив в качестве переменного заряженного тела, например, качер Бровина, то можно сделать настоящий преобразователь, например, пространственных токов смещения в токи проводимости. Токи смещения возникают между обкладок конденсатора, а токи проводимости – в заземляющем проводе. Кстати, сторонникам теории дальнодействия по этому поводу есть смысл хорошо призадуматься. Доказательство существования продольной компоненты тока смещения не оставит от этой виртуальной теории камня на камне.

Документы

Контакты

Отправить сообщение: