Физический смысл тока и напряжения, часть 3

10.11.2019 г.

«Посвящается всем истинным любителям естествознания».

часть 3 (катушка и конденсатор в цепи постоянного тока)

1. Вступление.

Друзья! После выхода в свет каждого нового ролика, некоторые из Вас желают выразить в комментариях своё отношение к ним. Я прочитываю Ваши комментарии. На некоторые конструктивные вопросы и замечания к ролику я сразу стараюсь дать ответ, а на остальные Ваши комментарии в последующих роликах я даю общие ответы в 1-й части каждого ролика под названием «Вступление». Многим общие ответы кажутся неинтересными и даже непонятными – зачем это я пишу и говорю о том, что на первый взгляд не имеет никакого отношения к теме, заявленной в ролике.

Что означает термин общие ответы?

В них я отражаю количество высказываний на одну и ту же тему, уровень подготовки людей, задавших вопросы и предложение изменить в себе то, что мешает добиться успеха. Не все, но многие, к сожалению, находятся под влиянием полученного плохого образования и средств массовой информации, по этой причине уже перестали осознавать связь между собственным уровнем осознания и уровнем своего бытия, а способны лишь рефлексировать по шаблонам, заложенным в их сознании.

Есть такие посетители канала, которые категорически выражают своё неудовольствие и ведут себя так, как будто бы кроме них никого на свете больше не существует, а весь мир должен вращаться вокруг них, как вокруг Солнца. Почему же Вас так напрягает эта часть моей работы под названием Вступление? Получается так: я должен тратить время на чтение Ваших комментариев, а Вы делать этого не желаете. Ну, так наберитесь же терпения, послушайте Вы и меня о том, что я думаю о Вас и Ваших отзывах.

Судя по замечаниям таких эгоцентриков, я должен строго выполнять их условия: говорить только то, что лично для них является важным или выгодным, а остальное говорить мне нельзя.

Если мои ролики кому-то кажутся длинным, то смотрите их по частям, а те, кому они не интересны, сразу без комментариев переходите к просмотру других, более интересных для Вас каналов. Я работаю не ради лайков или дизлайков (это личное дело зрителей), а потому, что для этой работы уже пришло время. Если Ютуб закроет мой канал из-за низкого рейтинга, то это означает, что я слишком рано начал свою деятельность, но из-за этого я не буду себя считать виноватым в закрытии канала.

2. Немного теории

Что такое магнитная проницаемость вещества μ? В своём ролике по магнитострикции я специально обращал внимание, что μ – это коэффициент УСИЛЕНИЯ НАПРЯЖЁННОСТИ внешнего  МАГНИТНОГО ПОЛЯ внутри вещества. Существуют вещества, внутри которых внешнее магнитное поле усиливается во много раз. Получается, что поднеся магнит со слабой напряжённостью магнитного поля H к ферромагнитному материалу с большим коэффициентом усиления (μ), магнитное поле внутри этого материала (оно называется магнитной индукцией B) будет μ раз сильнее, чем H:

B = μ0·μ·H

Этот факт всем хорошо известен и используется в трансформаторах, дросселях, двигателях и так далее.

Всё сказанное относится к известному векторному магнитному полю, но ведь кроме него существует и скалярное магнитное поле. Оказывается, что дела обстоят точно так же.

Что такое диэлектрическая проницаемость вещества ε? Это коэффициент УСИЛЕНИЯ НАПРЯЖЁННОСТИ внешнего ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ внутри вещества. Существуют вещества, внутри которых внешнее электрическое поле усиливается во много раз. Получается, что поднеся к диэлектрическому материалу с большим коэффициентом усиления (ε) заряженное тело со слабой напряжённостью электрического поля Е, внутри этого материала и на выходе из него электрическое поле будет называться электрической индукцией (по аналогии с векторным магнитным полем) или по-другому электрическим смещением D и оно будет ε раз сильнее чем напряжённость внешнего электрического поля Е:

D = ε 0·ε ·E

Поэтому в некоторых средах мы можем наблюдать эффект усиления электрического поля.

Наконец, надо понимать, что электрическое поле, как по величине, так и по знаку бывает разным: постоянным, однополярным импульсным и переменным. Все знают, что постоянное электрическое поле называется электростатическим, или просто электростатикой (ста́тика от греч. στατός, «неподвижный»).

А как назвать знакопеременное или однополярное импульсное электрическое поле? Многие по инерции его также называют статикой, что неправильно. С подачи Н. Тесла его стали называть радиантным электричеством. Любители радиантной энергии часто применяют термин радиант, но внятного объяснения этому термину не дают. Ещё его можно называть астатическим электричеством (от греч.  άστατο, непостоянный), что означает непостоянную величину электрического потенциала, которая, кстати, может изменяться по любому закону.

И что с этим можно делать?

Физический смысл этого термина заключается в том, что все виды астатических электрических полей и есть тот самый радиант Н. Тесла! Если сюда добавить то, что электрические поля могут в некоторых материалах усиливаться, подобно магнитным полям, то мы, наконец, получаем разгадку свойств радианта.

Скалярное магнитное поле способно ориентировать в одном направлении имеющиеся у электрических зарядов продольные оси, подобно повороту магнитных доменов в векторном магнитном поле. В результате получаем эффект усиления и статического и астатического электрического поля. Свечение неоновых лампочек, находящихся рядом катушками Тесла – излучателями астатических полей является доказательством того, что внешняя среда вокруг них активирована, то есть электрические заряды в ней ориентированы в одном направлении, усиливая вокруг катушек Тесла скалярное магнитное поле.

3. Подготовка к опыту

Я постараюсь подробно комментировать и иллюстрировать каждый шаг, чтобы те, кто пожелают повторить этот опыт, не испытывали никаких затруднений.

Перед проведением опыта настроим осциллограф и с помощью него и мультиметра измерим ЭДС аккумулятора.

Смотрим видеофрагмент №1:

Соберём все элементы опыта как это показано на схеме, представленной ниже.

Смотрим видеофрагмент №2:

Для успешной работы вибратора необходимо чтобы замыкание его контактов происходило синхронно с частотой колебаний последовательного колебательного контура. Для этого величины ёмкости и индуктивности выбраны такими, чтобы резонансная частота совпала с частотой колебаний тока в сети, то есть 50 Гц.

Смотрим видеофрагмент №3:

4. Проведение опыта

И так, в опыте будут применены конденсатор и катушка индуктивности. Для простоты  рассуждений пока будем считать их свойства (ёмкость и индуктивность) линейными при изменении параметров – тока и напряжения!

Известно, что существует два основных способа соединения между собой катушек и конденсаторов – последовательное и параллельное. Эта часть работы будет посвящена соединению катушки и конденсатора под названием последовательный колебательный контур. Данный опыт имеет большое значение для углубления понимания совместной работы катушки и конденсатора. Осциллограммы будем снимать отдельно на конденсаторе, катушке индуктивности и резисторе (шунте).

Обычно в учебниках приводятся совместные графики изменения амплитуд – ЭДС самоиндукции, тока и напряжения для катушки индуктивности, включённой в цепь переменного тока, с которыми все уже познакомились в первой и второй частях этой работы (график внизу слева).

Приблизительно так же выглядит график изменения тока и напряжения в последовательном колебательном контуре (график выше и справа) и в параллельном колебательном контуре (график ниже).

Возникает вопрос, что если один из трёх параметров колебательного контура сделать постоянным, например, напряжение источника питания. Как будут выглядеть кривые тока и ЭДС самоиндукции катушки индуктивности? Ответ на этот вопрос и есть цель проведения данного опыта.

Вырежем из первого графика фрагмент изменения тока и ЭДС самоиндукции, уберём синусоиду напряжения, заменив её горизонтальной прямой – постоянным напряжением источника питания и воспроизведём фрагмент во времени с помощью вибратора.

Для этого будем подключать последовательный колебательный контур с помощью контактов вибратора к источнику постоянного напряжения, которые будут замыкаться синхронно с частотой колебаний самого контура, но в заданный момент периода.

У меня нет четырёхканального осциллографа, поэтому чтобы изучить явление со всех сторон, будет отснято 6 эпизодов данного опыта, в которых будут рассмотрены осциллограммы сочетаний основных параметров работы колебательного контура, чтобы потом из полученных разрозненных частей можно было бы сделать выводы. Помимо этого для сравнения осциллограмм тока и напряжения, будут отсняты ещё три эпизода, в которых колебательный контур будет подключён к сети переменного тока.

По-прежнему главным измерительным инструментом в опыте будет двухлучевой осциллограф, который в каждом эпизоде будет подключён по-разному. Кроме него в 9-м эпизоде будет добавлен электрометр (электроскоп), о котором речь пойдёт далее.

Эпизод №1

В данном эпизоде сигнальный провод первого канала осциллографа будет подключён к положительной клемме источника питания 9 Вольт, а второго канала – к верхнему (по схеме) концу шунта для наблюдения за изменением амплитуды тока в цепи конденсатора.

На осциллограмме снизу видно, что верхний луч показывает положительное постоянное напряжение на источнике 9 Вольт, а нижний луч – изменения амплитуды тока в цепи конденсатора. Они представляют собой полуволны изменения амплитуды положительной полярности и импульсы обратной полярности, возникающие в момент разряда конденсатора. Для удобства наблюдения на осциллограмме справа амплитуда тока растянута по вертикали.

Смотрим эпизод №1:

Эпизод №2

В этом эпизоде сигнальный провод первого канала осциллографа так же будет подключён к положительной клемме источника питания 9 Вольт, а второго канала – к концу катушки индуктивности для наблюдения за изменением амплитуды ЭДС самоиндукции на катушке.

На осциллограмме ниже верхний луч показывает постоянное напряжение источника 9 Вольт, а нижний луч показывает изменения амплитуды ЭДС самоиндукции катушки индуктивности, как это показано на графике справа.

Согласно изображению справа и выше изменение амплитуды ЭДС самоиндукции eL должно начинаться с максимального отрицательного значения проходить через нуль и достигать максимального положительного значения. Поскольку  uL в этом опыте – величина постоянная, следовательно, из трёх представленных на графике кривых присутствуют только две, которые ни с чем не спутаешь.

Опыт показал, что в этом случае осциллограф регистрирует непосредственно саму ЭДС самоиндукции. Кроме того, её начальное значение численно равно величине напряжения источника питания, то есть – 9 Вольтам, что хорошо видно на осциллограмме выше.

Смотрим эпизод №2:

Эпизод №3

Теперь сигнальный провод первого канала осциллографа подключён к правому концу катушки индуктивности для наблюдения за изменением ЭДС самоиндукции, а второго канала – к верхнему концу шунта для наблюдения за изменением тока в цепи конденсатора.

Ниже показана совместная осциллограмма изменения ЭДС самоиндукции и амплитуды тока в цепи катушки и конденсатора, а рядом приведён фрагмент изменённого мной графика, взятого из учебника по электротехнике. Как видно, за исключением масштаба, имеем его полное сходство с осциллограммой. Остальная часть изменения сигналов во времени отрезана вибратором, после чего цикл повторяется заново.

Смотрим эпизод №3:

Эпизод №4

В данном эпизоде сигнальный провод первого канала осциллографа подключён к положительной клемме источника питания 9 Вольт для сравнения ЭДС источника питания и напряжения на конденсаторе, а щуп второго канала подключён к верхней обкладке конденсатора для наблюдения за напряжением на обкладках конденсатора.

На осциллограмме показаны два луча вместе: горизонтальная линия – напряжение питания +9 Вольт, которая располагается выше линии условного нуля почти на 2 клетки; кривая показывающая изменение напряжения на конденсаторе во времени, величина которого составляет около 17 Вольт, то есть почти в два раза больше напряжения источника питания! Почему?

Смотрим эпизод №4:

Эпизод №5

В этом эпизоде сигнальный провод первого канала осциллографа подключён к верхней обкладке конденсатора, для наблюдения за изменением амплитуды напряжения на его обкладках, а второго канала – к правому концу катушки индуктивности для наблюдения за изменением ЭДС самоиндукции.

Ниже показана совместная осциллограмма изменения амплитуды напряжения на обкладках конденсатора и ЭДС самоиндукции катушки индуктивности.

Смотрим эпизод №5:

Эпизод №6

В этом эпизоде сигнальный провод первого канала осциллографа подключён к верхней обкладке конденсатора, для наблюдения за амплитудой напряжения на его обкладках, а второго канала – к верхнему концу шунта для наблюдения за током в цепи конденсатора.

Ниже представлена совместная осциллограмма изменения напряжения на обкладках конденсатора и амплитуды тока в цепи конденсатора.

Смотрим эпизод №6:

Эпизод №7

В данном эпизоде сигнальный провод первого канала осциллографа подключён, как и в эпизоде №3 к правому концу катушки индуктивности для наблюдения за изменением амплитуды ЭДС самоиндукции, а второго канала – к верхнему концу шунта для наблюдения изменения тока в цепи конденсатора. Но теперь источник постоянного напряжения заменён на источник переменного напряжения.

Для сравнения сначала показана осциллограмма с аналогичным подключением осциллографа к цепи последовательного колебательного контура, с источником постоянного напряжения.

Ниже показана осциллограмма такое же подключение осциллографа, но вместо аккумулятора  подключён источник переменного напряжения, как это показано на фото слева. Хорошо видны появившиеся наклоны положительных полуволн тока.

Ниже показана осциллограмма этого же способа подключения осциллографа, но концы понижающей обмотки, подключаемой к колебательному контуру, поменяны местами, как это показано на фото слева. В результате амплитуды всех сигналов оказались перевёрнутыми.

Смотрим эпизод №7:

Эпизод №8

В этом эпизоде сигнальный провод первого канала осциллографа подключён, как и в эпизоде №6, но здесь в разрыв цепи левого конца катушки индуктивности и питающей обмотки трансформатора включён диод, как это показано на схеме ниже.

При указанной на схеме полярности подключения диода, получена осциллограмма, показанная ниже.

Если изменить полярность подключения диода, как это показано на схеме выше, то на осциллограмме, представленной на фото ниже, сигнал отсутствует. Это значит, что для работы контура нужна только положительная полуволна из-за синхронизации замыкания контактов вибратора с резонансной частотой колебательного контура.

Смотрим эпизод №8:

Эпизод №9

В этом эпизоде сигнальный провод первого канала осциллографа подключён, как и в предыдущем эпизоде. В отличие от предыдущих эпизодов здесь к левому концу (по схеме) катушки индуктивности подключён конденсатор ёмкостью 0,5 мкФ, как это показано на схеме ниже.

В результате суммарная ёмкость колебательного контура стала меньше в два раза, следовательно его резонансная частота увеличилась в два раза и стала равна 100 Гц. Поскольку частота замыкания контактов вибратора осталась неизменной, то появилась возможность полнее исследовать работу колебательного контура.

Ниже показана совместная осциллограмма двух сигналов – изменения во времени тока и напряжения на конеденсаторе.

В этом опыте за время замыкания контактов вибратора уместился весь период колебания контура, вместо полупериода, как было раньше. Это сразу привело к значительному увеличению амплитуды тока и напряжения. Аналогичный результат будет получен и от питания контура от источника постоянного напряжения.

В этом опыте основное внимание уделено напряжению на конденсаторе ёмкостью 0,5 мкФ, которое увеличилось с 18 Вольт до 126 Вольт. Подробнее об этом будет сказано ниже.

Измерим мультиметром напряжение на левом по схеме конденсаторе ёмкостью 0,5 мкФ.

Его величина составляет около 60 Вольт.

Подключим к этому же конденсатору 0,5 мкФ маслянный конденсатор, один конец которого подключён к высоковольтному диоду КЦ108, а второй – к точке на схеме, в которой подключён общий провод осциллографа. Включим трансформатор и измерим мультиметром напряжение на высоковольтном конденсаторе.

Теперь мультиметр показал напряжение на конденсаторе (вместо 60 Вольт) около 126 Вольт. Если к тому же конденсатору 0,5 мкФ через высоковольтный диод одним проводом подключить электрометр (электроскоп), то он покажет это же значение – 126 Вольт!

Масляный конденсатор зарядится до такого же напряжения и в том случае, если мы разорвём цепь его зарядки и один конец его подсоединим к заземлению.

Выше на фото показано значение, которое показал электрометр. Надо отметить, что здесь мы измеряем уже не разность потенциалов (напряжение), а непосредственно сам потенциал, как это делается в электроскопе! Причём этот потенциал имеет переменную, а не постоянную величину, который с подачи Н. Тесла все начали называть радиантным электричеством. Я же предлагаю ввести в противовес непонятным и неправильным терминам радиантное или статическое электричество термин астатическое электричество, в котором содержится указание на переменную величину электрического потенциала. Именно этого понимания так не хватало любителям катушек Тесла. Астатическое электричество, если короче астатика может изменяться по синусоидальному закону и любому другому, но чем круче будут фронты его изменения и чем выше частота колебаний или импульсов, тем больше энергии может быть индуцировано в приёмнике.

В ролике «Электростатика - 3. Принцип использования свободной энергии» (ссылка https://www.youtube.com/watch?v=sCn870sH49U) я уже показывал опыт с преобразованием электростатического потенциала в импульсы, где намекал на возможность использования свободной электрической энергии, но до сих пор, увы, никто так ничего не предложил в качестве воплощения этой идеи. Может быть, теперь что-то прояснится.

Тот факт, что мультиметр не регистрирует напряжение на конденсаторе, а электроскоп и масляный конденсатор регистрируют, является доказательством, что на конденсаторе 0,5мкФ мы регистрируем астатическое (радиантное) электричество. Откуда оно там появилось? Кстати, осциллограф, подключённый к конденсатору 0,5 мкФ, тоже его регистрирует, хотя и с ошибкой (показывает напряжение 170В вместо 126В).

Главный вывод, который можем сделать в этом эпизоде, заключается в том, что радиантное или астатическое электричество можно накапливать с помощью обычного высоковольтного масляного конденсатора.

Из трёх представленных здесь способов измерения напряждения на конеденсаторе только осциллограф неточно показывает амплитуду напряжения. При чувствительности канала 5 Вольт на клетку он показывает величину амплитуды около 170 Вольт. Надо признать, что осциллограф не разрабатывался специально для подобных измерений и его шкала не градуирована для этих целей (как, например, шкала электрометра).

Смотрим эпизод №9:

5. Вывод

Чтобы зарегистрировать ЭДС самоиндукции (не косвенно – по темпу роста тока), а непосредственно (например, осциллографом), необходима гальванически разомкнутая электрическая цепь и такая возможность имеется в последовательном колебательном контуре. В замкнутой цепи мы сможем регистрировать только величину тока. Других подобных схем для регистрации ЭДС самоиндукции я не знаю.

В данной работе я выделил два важных вопроса:

1) почему в эпизоде №4 за один цикл заряда, напряжение на конденсаторе стало больше напряжения источника питания почти в два раза;

2) откуда в эпизоде №9 на конденсаторе появился электрический потенциал (радиантное электричество)?

Для ответов на эти вопросы нужны не формулы, а понимание физического смысла процессов, происходящих в диэлектриках и ферромагнетиках.

Как я и предполагал, я не уложился в три части, поэтому придётся делать ещё четвёртую часть, в которой будет проведён ещё один важный опыт и сделан анализ работы диэлектриков в конденсаторах с целью регистрации х-тока в конденсаторе.

Часть 2, Продолжение следует...

Источник

Контакты

Отправить сообщение: