Физический смысл тока и напряжения, приложение 1 к части 2

30.12.2019 г.

«Посвящается всем истинным любителям естествознания».

1. Вступление.

Для того чтобы сделать выводы о природе и физической сути электрического тока и напряжения, нам необходимо наработать немало фактического материала, который официальная наука либо замалчивает, либо обходит стороной. Для этой цели подойдут любые опыты, которые ставят нас в тупик при попытке объяснять наблюдаемые в этих опытах явления с позиции официальной науки.

В этой работе я предлагаю вашему вниманию один из таких опытов, который является прямым доказательством существования ЭДС самоиндукции, которая имеет по отношению к полярности источника питания обратную полярность.

Схема опыта чрезвычайно проста.

Электромагнит вакуумного реле замыкает и размыкает его контакты (вакуумное реле используется для чистоты опыта).

В схеме используется источник питания, который в максимуме выдаёт 60 Вольт.

Это напряжение через контакты реле подаётся на высоковольтную катушку, которая показана на фото ниже.

2. Подготовка к опыту

Идея опыта заключается в том, чтобы проверить, будет ли зажигаться неоновая лампа, подключённая параллельно катушке индуктивности в цепи источника напряжения 60 вольт.

Проверим, при каком напряжении будет зажигаться неоновая лампа, подключённая к стабилизированному регулируемому источнику постоянного высокого напряжения.

  
 

Смотрим видеофрагмент №1:

 

Теперь посмотрим, будет ли зажигаться эта же неоновая лампа от 60 Вольт другого стабилизированного источника питания постоянного напряжения.

Смотрим видеофрагмент №2:

Далее была собрана схема, в которой неоновая лампа подключена к концам катушки индуктивности, как это показано на рисунке ниже.

Физически макет подключения неоновой лампы выглядит, как показано на фото ниже. Сначала подключим анод лампы к плюсу источника питания, а катод – к минусу.

Будем замыкать цепь катушки индуктивности.

При замыкании цепи, в неоновой лампе наблюдаются вспышки.

При размыкании цепи, в неоновой лампе также наблюдаются вспышки.

Если поменять полярность подачи  напряжения от источника питания к неоновой лампе – анод лампы – к минусу, а катод – плюсу, то увидим, что яркость вспышек лампы изменится.

Ниже показана вспышка при замыкании контактов.

Вторая вспышка – при размыкании контактов

При этой полярности Смотрим видеофрагмент №3:

3. Немного теории

Вначале опыта было показано, что в неоновой лампе газ зажигается при напряжении около 100 Вольт, а гаснет при напряжении около 50 Вольт. Понятно, что источник питания с напряжением 60 Вольт не способен зажечь в неоновой лампе газ, хотя может поддерживать его ионизацию.

Вопреки ожиданиям, мы увидели, что возникают две вспышки – одна при замыкании, другая при размыкании цепи, и вспышки  не похожи друг на друга.

Возникает вопрос, почему неоновая лампа вспыхивает при напряжении, которого недостаточно для её зажигания?

Основываясь на явлении самоиндукции, я делаю вывод, что лампа зажигается отрицательными высоковольтными импульсами напряжения, возникающими в момент ЗАМЫКАНИЯ и размыкания цепи катушки индуктивности при напряжении 60 Вольт.

Все знают, что, когда катушка индуктивности запитана от переменного напряжения, то ЭДС самоиндукции принимает вид синусоиды, и находится в противофазе с напряжением. Ниже приведена диаграмма из учебника по электротехнике, на которой видно, что при положительной полуволне напряжения uL ЭДС самоиндукции, которая на диаграмме показана в виде символа еL, действительно принимает отрицательное значение.

Но если катушка индуктивности будет запитана от источника постоянного напряжения, то ЭДС самоиндукции принимает вид импульса, показанного на диаграмме ниже, обозначенного жёлтой линией.

В учебниках этого Вы не найдёте. Этот импульс возникает в самый первый момент при замыкании цепи на очень короткое время, когда ток в цепи ещё не начинался, но его длительности оказывается достаточно, чтобы начался процесс ионизации газа.

Думаю, что найдутся оппоненты, которые будут возражать и утверждать, что причиной вспышек неоновой лампы в данном опыте является другая причина – дребезг контактов. Действительно, опровергнуть это не просто. Ниже я предлагаю свой вариант доказательства того, что всё-таки мной был сделан правильный вывод. Проведём ещё один опыт.

4. Регистрация ЭДС самоиндукции

Соберём схему, представленную на рисунке ниже.

Как видно, в этой схеме нет контактов в цепи катушки индуктивности, поэтому дребезг исключён. Опять оппоненты скажут, что в схеме есть кнопка, а потому возможен дребезг её контактов. Во избежание дребезга параллельно контактам кнопки в схеме стоит конденсатор ёмкостью 33000 пФ, полностью исключающий дребезг контактов кнопки. Всем сомневающимся могу посоветовать заменить кнопку в цепи затвора транзистора на датчик Холла или фотодиод, или фототранзистор, но, уверяю, результат будет тот же. Проверено.

Напряжение источника питания на затворе составляет 9 Вольт. Ёмкость затвора транзистора составляет около 14 nF. Транзистор не имеет защитного диода, что очень важно для этого опыта.

Несмотря на отсутствие цифрового осциллографа, удача оказалась на нашей стороне. Просматривая в ролике покадрово отснятые импульсы, на 3:41 минуте просмотра неожиданно для себя я обнаружил следы импульса на выводах неоновой лампы при открывании IGBT транзистора.

Первым будет показан импульс открывания транзистора.

Ниже на фото показаны два последовательных кадра, на которых видно развитие во времени импульса при включении транзистора, возникающего прямо на неоновой лампе.

    

В кадре хорошо видо, что первым появилась отрицательная часть импульса, затем импульс достиг значения нуля и начал менять знак, а завершился он в следующем кадре уже в положительной части экрана. Таким образом, в первом кадре мы видим начало развития импульса, а во втором кадре видим окончание его развития. Это редкий случай, когда на обычном осциллографе удалось обычной камерой отснять последовательность событий во времени.

Обычно камера не успевает отделить отрицательную часть импульса, и осциллограмма выглядит так, как показано на фото ниже. Понятно, что в этом случае невозможно понять, какая часть импульса появилась первой – положительная или отрицательная?

    

    

Вторым будет показан импульс закрывания транзистора. На этой же 3:43 минуте есть ещё один хороший кадр, показывающий последовательность закрывания транзистора.

    

Обычно камера не успевает показать последовательность развития импульса, и осциллограмма выглядит так, как показано на фото ниже.

     

 

Думаю, что приведённых фотографий будет достаточно, чтобы каждый исследователь смог сделать для себя соответствующие выводы.

Подобный импульс был зарегистрирован в Ютубе на канале «Эксперименты» в ролике, под названием  «Интересный импульс», посмотреть который можно по ссылке:

https://www.youtube.com/watch?v=humPUpdQHhI

Самое интересное, что исследователь спустя два ролика выложил новый ролик «Интересный импульс 3», в котором отказался от собственных выводов, видимо, не имея возможности ни обосновать свой опыт, ни иным способом доказать его существование.

С помощью этого примера я ещё раз хочу обратить внимание аудитории, что только опытным путём (но не виртуальным) устанавливаются и регистрируются факты, которыми затем можно пользоваться. В результате такого подхода исключаются многие ошибки.

Смотрим видеофрагмент №4:

5. Выводы

 

Вначале опыта мы наблюдали различные вспышки неоновой лампы, как при открывании, так и при закрывании силового ключа. Но без причины ничего не бывает. В начале опыта было показано, что имеет значение полярность подключения неоновой лампы. Но это не всё. Нужно понять все причины возникновения различных вариантов наблюдаемых в опыте работы неоновой лампы.

В Википедии приведена диаграмма вольт-амперной характеристики неоновой лампы.

Но в опыте мы-то видели, что не всё так просто, как здесь представлено.

Осциллограф зарегистрировал короткие отрицательные импульсы предшествующие и завершающие работу транзистора. Зная, что на катушку подаётся напряжение +60 Вольт, легко оценить амплитуду отрицательных импульсов. При этом, судя по отличиям импульсов, принимающих участие в поджоге неоновой лампы, должно быть три варианта:

1) при открытии транзистора амплитуда отрицательного импульса составляет около -150 Вольт. Согласно полученным результатам в опыте по зажиганию неоновой лампы, такого напряжения более чем достаточно;

похожая амплитуда отрицательных импульсов возникает и при закрытии транзистора (о чём будет сказано чуть позже);

2) кроме того, лампа может зажигаться ещё и обратным ходом, когда импульс, начиная от отрицательного значения, переходит в положительное значение. Здесь у импульса наибольшая амплитуда, которая в сумме может доходить до 300 Вольт;

3) наконец, третий вариант поджига неоновой лампы есть у положительного импульса. Его хорошо видно, как узкий импульс с возвышающейся амплитудой над амплитудой открытого транзистора.

Из этого следует, что возможны три различных варианта поджога неоновой лампы. В качестве доказательства этого ниже приведены раскадровки нескольких вариантов инициации свечения неоновой лампы одним и тем же напряжением и транзистором.

 

 

6. Покадровый просмотр нескольких вариантов инициации неоновой лампы

Следующая серия опытов относится в другой теме – работе неоновой лампы. Она является доказательством возможности трёх вариантов инициации неоновой лампы.

Добавим в цепь неоновой лампы последовательно с ней лампу накаливания напряжением 26 Вольт, как это показано на рисунке ниже.

Физически это выглядит вот так:

 

Смотрим видеофрагмент №5:

Проделаем опыт – замкнём контакты реле. На фото ниже видно, что лампа накаливания ярко засветилась.

Далее следуют кадры из ролика основных этапов развития процесса вплоть до размыкания контактов реле. Смотрим первый вариант инициации.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Следующий вариант этого же опыта

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Постепенно белый цвет лампы накаливания переходит в жёлтый.

8.

9.

10.

Контакты реле разомкнуты, неоновая лампа потухла, а нить накала по инерции продолжает светиться.

11.

12.

13.

Изменим полярность неоновой лампы, и повторим опыт с замыканием контактов.

1.

2.

3.

На фотографии выше вообще  не наблюдается свечение неоновой лампы

4.

5.

6.

На фото ниже видно, что неоновая лампа уже погасла, так как контакты реле были разомкнуты, но нить накаливания продолжает ещё светиться.

7.

18.

Следующий вариант этого же опыта

1.

2.

3.

4.

 5.

Всё, реле выключено, неоновая лампа погасла, а нить накаливания по инерции продолжает светиться.

Данный опыт характерен тем, что лампа накаливания ни разу ярко не засветилась, зато неоновая лампа светилась и «за себя и того парня».

Следующий вариант этого же опыта

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

9.

8.

9.

Последний вариант этого же опыта

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Обратите внимание, что в последнем фрагменте сильное свечение неоновой лампы вообще не наблюдалось.

Представленные опыты являются доказательством существования нескольких вариантов ионизации газа в газонаполненной лампе, кардинально меняющих проводящие свойства ионизированного газа.

Часть 1, Часть 2, Продолжение следует...

Источник

Контакты

Отправить сообщение: