Физический смысл тока и напряжения, часть 4

17.12.2019 г.

«Посвящается всем истинным любителям естествознания».

«Если нужно что-то хорошо спрятать,
положи это на видное место»

часть 4 (х-ток в конденсаторе)

1. Вступление.

Сейчас я дам ответ на некоторые комментарии к моей предыдущей работе и некоторым другим работам, имеющим к ней отношение. Ники посетителей моего канала я не привожу, кому надо, смотрите в комментариях. Кому эта информация не нужна, или кому это не интересно -  можете сразу переходить ко 2-й части этой работы.

Вот фрагменты из этих комментариев:

1) …Вы таки не заглянули под камень AC/DC - поэтому так много негативных комментариев. Обещаю - их будет ещё больше. Нелепым недосмотром, Вы уничтожаете Вашу репутацию.

2) …на 36:35 минуте оба сигнала с DC составляющей. Осциллограф показывает лишь потенциалы в точках, относительно своего общего провода, он не показывает силу (электродвижущую).

Таким образом, авторы этих комментариев настаивают, что для правильного отображения параметров работы этой схемы осциллограф надо переводить в режим DC.

Вначале давайте посмотрим три небольших опыта.

Смотрим видеофрагмент №1:

Вопрос всем, у кого есть симулятор. Вы сможете смоделировать удвоение напряжения на конденсаторе в конце цикла? Опыт упрямо показывает, что увеличение напряжения происходит!

Далее я привожу ответы на эти комментарии.

На рисунке ниже представлена схема опыта, которая является простым видоизменением схем 3-х опытов, показанных  выше.

На схеме хорошо видно, что катушка индуктивности и источник питания соединены между собой через конденсатор. Все хорошо знают, что конденсатор не является проводником постоянного тока. Поскольку в этой цепи нет постоянного тока, то говорить о постоянной составляющей нет никакого смысла.

Но в этой схеме присутствует смещение по постоянному напряжению, но оно ничего общего не имеет с постоянной составляющей по току. Такое смещение можно как прибавлять к амплитуде напряжения колебаний, так и отнимать от неё, при этом, ни форма сигнала, ни суть синусоидального закона переменного тока и напряжения в последовательном контуре не изменится. Следовательно, переводить осциллограф в режим DС (измерения постоянного напряжения) не надо.

Всем, кто не обратил на это внимания, я повторю ещё раз, что саму ЭДС самоиндукции непосредственно можно наблюдать только в гальванически разомкнутой цепи, какой является последовательный колебательный контур, при этом напряжение на конденсаторе увеличивается в каждом периоде колебаний. В гальванически замкнутой цепи ЭДС самоиндукции можно наблюдать только косвенно, то есть по темпу нарастания тока в катушке.

Но это ещё не всё. Другим, и, пожалуй, главным доказательством правильно выбранного режима осциллографа является синусоидальный закон изменения амплитуды тока и напряжения на осциллограмме, в котором присутствует сдвиг по фазе на 90° тока и напряжения. А это будет возможно только при условии, если собственные колебания контура точно настроены в резонанс с вынуждающими колебаниями. При этом экстремумы и нули (токов и напряжений) всегда будут чётко совпадать, даже, если колебательный процесс в контуре будет длиться половину или даже только одну четверть периода колебания. Для понимания процессов и успешной интерпретации осциллограмм этот признак надо знать, как таблицу умножения.

Что это нам даёт?

На осциллограмме переменное напряжение на катушке меняет свою полярность только в момент, когда он переходит через нуль, при этом ток в это время всегда достигает своего экстремального значения (max или min). Но если такой сигнал наблюдать в режиме DC, то синусоида напряжения поднимется над уровнем условного нуля так, как это показано на осциллограмме ниже. При этом у напряжения исчезнет переход через нуль.

Поэтому на осциллограмме мы будем наблюдать однополярный сигнал с переменной амплитудой. Такой однополярный сигнал, в котором отсутствует перемена полярности напряжения, не может возникнуть в катушке индуктивности!

Кстати, всё сказанное мной выше можно легко проверить и показать на следующем опыте. Ниже представлена его схема, на которой видно, что параллельно катушке индуктивности стоит диод.

Если допустить правоту моих оппонентов, что наблюдаемый сигнал является не переменным по знаку, а однополярным (то есть с переменной амплитудой), то осциллограф нужно переключить в режим DC, при этом диод никак не повлияет на работу электрической схемы. Форма сигнала будет оставаться одинаковой, есть в схеме диод, или его нет, так как диод всё время будет заперт.

Но, если наблюдаемый на осциллографе сигнал в действительности является переменным, а не однополярным, то при указанной на схеме полярности диода, то положительная часть этого сигнала обязательно будет им «срезана», а отрицательная часть останется.

Ниже показаны две осциллограммы, полученные на опыте по этой схеме. Осциллограмма слева показывает работу схемы без диода, а справа – с диодом.

Как видим, вся положительная часть синусоиды напряжения, а также вторая четверть полуволны тока срезана диодом. Отсюда следует, что в действительности, наблюдаемые нами сигналы являются не однополярными, а переменными (правда, диод изменил параметры колебательного контура).

Смотрим видеофрагмент №2:

Я не зря постоянно возвращаюсь к этому опыту, так как для понимания работы катушки и конденсатора этот опыт вообще имеет большое значение, и в частности, он даёт ответ на вопрос, почему при подаче напряжения на концах катушки индуктивности возникает ЭДС обратного знака? Об этом подробно будет сказано в пятой, заключительной части этой работы.

Некоторые посетители канала присылают мне результаты моделирования этого же опыта на симуляторе. Ниже приведён один из них.

Но на самом деле собранная схема данного опыта работает не так.

Во-первых, на рисунке выше сигнал, выделенный синим цветом, на моей осциллограмме отсутствует. Посмотрите их внимательнее. Здесь надо учитывать, что, если ток в цепи катушки равен нулю, то при разрыве цепи никаких бросков напряжения быть не может (нет тока в цепи)!

Во-вторых, почему-то первые по счёту импульсы имеют возрастающую амплитуду. Почему?

Где на моих осциллограммах Вы увидели импульсы различной амплитуды? В них, как в стробоскопе показан один и тот же процесс, один и тот же повторяющийся цикл – половина периода колебания контура. При этом, каждый новый цикл похож на предыдущий, а в конце каждого цикла происходит сброс заряда и подготовка к новому циклу. Именно так мы без помех можем устойчиво наблюдать происходящие колебательные процессы. При этом в течение каждого цикла напряжение на конденсаторе успевает удваиваться! Надо быть внимательнее.

Друзья, разберитесь со своими симуляторами. Программы для симуляторов пишут такие же парни, как Вы сами, опираясь на учебники и справочники по физике и основываясь только на уже «известных законах» физики. Других неизвестных ещё законов они не знают.

Приведу пример. Многим известна вилка Авраменко, и они хорошо знают, какой будет результат, если к горячему концу катушки индуктивности подключить вилку Авраменко. При достаточной мощности колебаний лампа накаливания, подключённая к выходу вилки Авраменко соответствующей мощности, будет светиться.

Попробуйте смоделировать на симуляторе работу этой схемы (передача энергии по одному проводу). Сможете?

Другой пример. В конце части №3 этой работы показан эпизод №9. При измерении напряжения на конденсаторе 0,5 мкФ вольтметр показывает 60 Вольт, а электрический потенциал на верхней по схеме обкладке конденсатора имеет значение 126 Вольт.

Попробуйте получить на симуляторе такие же значения напряжения и потенциала. Думаю, Вы больше узнаете о «неограниченных» возможностях современных симуляторов.

Отправляясь в путешествие в НЕПОЗНАННОЕ, не стоит рассчитывать на положительный результат, основываясь на ПОЗНАННОМ, которое представлено в книгах и существующих программных продуктах. В НЕПОЗНАННОМ мы неожиданно для себя можем столкнуться с чем угодно.

В области ПОЗНАННОГО симуляторы могут давать и дают неплохие результаты. Но в области НЕПОЗНАННОГО ни рассудок человека, ни тем более симуляторы (отражением которого они и являются) нам ничего дать не смогут.

Только чувство может служить надёжным маяком, когда мы отправляемся в путешествие по НЕПОЗНАННОМУ. Вообще, надо сказать, что чувствовать и понимать, нам всем надо учиться, как и многому другому в этой жизни. Современные люди пока сидят в ловушке эмоций, выгоды и расчётов, не ведая, что такое чувство и понимание. Большинству левополушарных людей ещё только предстоит познакомиться с ними.

Я стараюсь напоминать людям, что физика это вовсе не виртуальная наука, а наука, целиком основанная на реальном опыте.

В современном мире два из трёх глобальных направлений стараются взять сознание людей под контроль:

1) Ватикан с помощью биткоинов и прочих виртуальных процессов;

2) другие толкают людей на отказ от половой принадлежности, разрушая в человечестве институт семьи.

3) иллюминаты с помощью трансгуманизма внушают, что заменить живое тело машиной – это модно, а значит круто.

Мировая элита хочет управлять миром, а для этого у неё мало средств. Вот они и придумали, зачем тратиться на производство зелёных фантиков, когда их можно заменить виртуальными. При этом виртуальные деньги не надо подтверждать ни золотом, ни их энергетическим эквивалентом.

На протяжении веков так сложилось, что любой элитой движут преимущественно три животных инстинкта – самосохранения, продолжения рода и доминирования в социуме, рабами которых на самом деле они являются.

Страх перед инстинктом самосохранения они подавляют, накапливая огромные финансовые средства и ведя скрытный образ жизни (серые кардиналы), стремясь, чтобы о них самих и их существовании было известно как можно меньше.

Инстинкт продолжения рода толкает элиту на извращённые формы сексуальных взаимоотношений, выходящие за рамки наскучивших супружеских взаимоотношений, основанных не на любви, а на расчёте. 

Наконец, инстинкт доминирования толкает на самую вершину иерархической лестницы, захвату власти, внушая им уверенность.

Эти суррогаты человеческого поведения помогают им преодолевать подсознательный страх, который они унаследовали от своих предков. Но остальной народ здесь при чём?

Но нет, людей со всей силой стараются засунуть в клетку виртуального мира, чтобы затем за ними захлопнуть дверцу и навсегда оставить в рабстве. При этом ловушки расставлены на всех, кто любит бесплатный сыр и лёгкую добычу и тому подобное.

Я занимаюсь исследованиями в области естествознания. Приступая к очередному исследованию, я не ограничиваю себя заранее известными физическими законами, так как моё внимание направлено в НЕПОЗНАННОЕ, самым близким синонимом к которому является неизвестное. Более того, у меня совсем не должно быть предвзятого отношения или определённых ожиданий относительно чего-либо.

Для мужчин маяком в НЕПОЗНАННОМ может быть является только чувство, а у женщин – разум. Не зря в старину женщин называли ведающими во тьме. Сегодня женщины перестали слушать свой внутренний голос и доверять ему. Они должны знать, что он их никогда не обманывает, если только рассудок не будет в это время вмешиваться в их сознание.

Что мы сумеем вынести в следующий момент из путешествия в НЕПОЗНАННОЕ, никто не может знать заранее до тех пор, пока мы не зафиксируем на опыте какой-нибудь из фрагментов НЕПОЗНАННОГО, сформулируем в понятиях и переведём его, таким образом, в область ПОЗНАННОГО.

Поэтому что-то из того, что Вы встретите в моих опытах, может не согласовываться с вашими виртуальными опытами на симуляторах. Зато, благодаря подробному описанию моих опытов Вы всегда сможете один в один их повторить и убедиться в том, что в них выполнено правильно, а что неправильно и сделать для себя соответствующие выводы. Виртуальный подход здесь не сработает.

В своей работе «Дополнение №2 к «ЭДС самоиндукции»» я уже приводил, осциллограмму, отснятую другим моим оппонентом, к которой я дал комментарий в той работе.

Ниже я дополняю его осциллограмму своими символами, которые делают более наглядным удвоение напряжения на конденсаторе в цикле, и привожу короткий комментарий.

На иллюстрации ниже хорошо видно, что на осциллограмме наблюдаются сильно затухающие колебания, а напряжение на конденсаторе UC  не может достигнуть величины 2Uпит. Это я отношу к утечкам в электронных компонентах (в основном в микросхемах и транзисторах). Именно по этой причине я стараюсь в своей исследовательской работе, где это только  можно, в качестве ключей использовать обычные контакты.

Примечание:

Штрихпунктирная линия 0L проходит приблизительно через середину кривой ЭДС самоиндукции. Если в цепи заряда поставить токовый шунт, то на осциллограмме будет видно, 0L будет соответствовать максимуму тока в цепи (сдвиг по фазе на 90°),

что полностью совпадает с теорией работы последовательного контура.

Напряжение от UL до 0L в точности равно  величине напряжения источника питания.

Вопрос. Кто сможет получить на симуляторе удвоение напряжения на конденсаторе в конце цикла?  Опыт убедительно показывает, что удвоение происходит.

2. Немного теории:

(работа катушки и конденсатора в цепи постоянного напряжения и тока)

Обычно работу катушек и конденсаторов связывают с переменным током и напряжением. А как будут выглядеть осциллограммы тока и напряжения, если катушки и конденсаторы подключать к источнику постоянного тока и напряжения?

Ниже приведены четыре схемы (из руководства по импульсной технике), в которых конденсатор и катушка подключается к источнику не переменного, а постоянного напряжения, и при этом в них возникают различные переходные процессы.

Ни в одном из 4-х рисунков приведённых выше рисунков, нет намёка на переходной процесс, имеющий синусоидальную форму. Все сигналы имеют форму возрастающих и убывающих показательных функций. Это главный признак работы элементов от постоянного тока и напряжения.

Внимательный зритель, наверное, заметил в моих опытах, что на осциллограммах представлены переходные процессы, в основном имеющие синусоидальную форму, несмотря на то, что схемы питаются от источника постоянного тока и напряжения. Для того, чтобы наблюдать сигнал синусоидалоьной формы, достаточно собрать электрические цепи, в которых участвуют одновременно катушки индуктивности и конденсаторы. Самыми простыми такими цепями являются параллельный и последовательный колебательный контур.

Графики токов и напряжений при резонансе напряжений в последовательном колебательном контуре в цепи переменного напряжения

В семи из девяти эпизодов, снятых в части №3 настоящей работы, исследовался именно синусоидальный переходной процесс, представляющий собой резонанс напряжения в последовательном колебательном контуре, стоящего в цепи постоянного напряжения.

Я часто привожу этот график из учебника Кузнецова по электротехнике. Справа от него показан его фрагмент, в котором синусоида переменного напряжения убрана и заменена на горизонтальную прямую линию голубого цвета (представляющую постоянное напряжение). Это означает, что колебательный контур подключается к источнику не переменного, а постоянного напряжения, поэтому из трёх синусоид осталось только две. Возникает вопрос, какие именно синусоиды мы наблюдаем на осциллограммах? Если это синусоиды изменения ЭДС самоиндукции и тока, то в колебательном контуре, настроенном в резонанс, ЭДС самоиндукции еL во времени должна опережать на 90° синусоиду тока, что мы и наблюдаем на осциллограммах.

Теперь переходим непосредственно к опыту №4, который будет посвящён исследованию параллельного колебательного контура и, который также будет подключаться к цепи постоянного тока.

Графики токов и напряжений при резонансе токов в параллельном колебательном контуре в цепи переменного напряжения.

В интернете можно найти много картинок с изображением параллельного колебательного контура. Ниже приведены несколько из них. Посмотрите на них внимательно. Как видите, у катушки и у конденсатора направление токов на этих рисунках различное. Спрашивается, на какой из картинок токи изображены правильно?

Ниже на рисунке а) применяется метод векторных диаграмм, поэтому авторы вообще не заморачиваются относительно направлений токов катушки и конденсатора. На рисунке б) показана попытка показать направление токов в контуре, но она не доведена до конца. На рисунке в) токи iC и iL в разветвлённом и не разветвлённом участке цепи показаны более полно (источник – сайт: http://www.sxemotehnika.ru/rezonans-tokov-v-parallelnom-kolebatelnom-konture.html).

Правильный ответ можно получить и теоретически, если только внимательно рассмотреть графики токов iC и iL в параллельном колебательном контуре (представленные выше), которые имеют место во время физического явления под названием резонанс токов. Как видно ток iC находится в точной противофазе току iL (при резонансе токов).  Но остаются ещё два вопроса:

1) почему токи движутся именно так, а не иначе?

2) почему за один цикл колебания ток в катушке индуктивности возрастает?

Прямого ответа на этот вопрос вы нигде не найдёте, поэтому нам самим придётся потрудиться и самостоятельно найти на него ответ.

Явление возрастания амплитуды тока от цикла к циклу в параллельном колебательном контуре (явление резонанса токов) не является прямым следствием из теории, но его можно зарегистрировать на опыте.

Аналогичная ситуация наблюдается и с последовательным колебательным контуром, в котором от цикла к циклу амплитуда напряжения на конденсаторе возрастает (явление резонанса напряжений). Только на опыте можно зарегистрировать явление удвоения напряжения на конденсаторе. Физический смысл этого явления теория так же не объясняет.

Подробнее два этих явления будут рассмотрены в следующей, пятой части этой работы, с целью выявить истинный физический смысл тока и напряжения.

К сожалению в учебниках этому факту совсем не уделяется внимание. Вот примеры наиболее распространённых формулировок для явлений двух видов резонанса, взятых из Интернета:

Обратите внимание, что в этих формулировках факт увеличения тока и напряжения в колебательном контуре отмечается либо вскользь, либо вовсе обходится стороной. И это наблюдается в большинстве учебников и руководств. При этом основное внимание уделяется увеличению или изменению полного сопротивления контура, уменьшению амплитуды тока и так далее. В двух формулировках, приведённых выше ни уменьшение сопротивления, ни уменьшение амплитуды не являются истинными признаками резонанса, имеющих название резонанса тока и резонанса напряжения. Складывается впечатление, что от явления резонанса, глаза учащихся стараются отвести подальше.

Если вообще исходить из определения явления резонанса, то резонанс представляет собой явление резкого возрастания амплитуды колебаний в контуре, при совпадении частоты вынуждающих колебаний с собственной частотой колебательного контура.

Величина добротности контура показывает, во сколько раз амплитуда колебаний на реактивных элементах колебательного контура превышают амплитуду вынуждающих колебаний, где

Как показал опыт общения с аудиторией, встреча с фактом явления возрастания амплитуды напряжения и тока (на практике) в колебательных контурах для многих оказалась неожиданной, а некоторые посетители канала даже отрицают сам факт его существования. Таким же неожиданным (а для некоторых – даже несуществующим, хотя и наблюдаемые на опыте) стало явление опережения по фазе синусоиды напряжения в цепи конденсатора синусоидой тока, в момент, когда напряжение на конденсаторе равно нулю, хотя, конечно, все знакомы с этим явлением теоретически.

Теперь перейдём непосредственно к параллельному колебательному контуру. В книгах можно иногда встретить более полную формулировку явления резонанса токов, но опять же, без упоминания физической его сути, например:

https://present5.com/osnovy-funkcionirovaniya-sistem-servisa-linejnye-cepi-peremennogo-toka/

Но на практике опять всё не так, как здесь пишут о запасании и обмене энергией между катушками и конденсаторами. Например,

1) в случае резонанса токов в контуре почему-то запасается только магнитная энергия и возрастает амплитуда тока, при этом накопления электрической энергии и возрастания напряжения в контуре не наблюдается.

2) в случае резонанса напряжений в контуре запасается почему-то только электрическая энергия и возрастает напряжение, а накопления магнитного поля и возрастания тока также в колебательном контуре не наблюдается (уменьшение полного сопротивления контура не в счёт).

На вопрос, почему так происходит – отовсюду слышится дружное молчание. Что мешает в колебательной системе одновременно запасаться и магнитной и электрической энергии, а также одновременно возрастать и току, и напряжению? Ответа на этот вопрос нет, и не будет, пока мы сами его не найдём. Вот так обстоят у нас дела.

Самым лучшим ответом на любой вопрос всегда будет опыт и конкретный результат, полученный на опыте. В этой работе мы должны найти признаки, по которым можно будет судить о существовании у конденсатора ещё одного тока, существование которого я предположил в 1-й части этой работы. Я назвал его х-током или просто iхС и с помощью него намерен объяснить явление опережения тока в цепи конденсатора.

Ниже на осциллогоамме слева синусоида предполагаемого х-тока показана жёлтым цветом, а справа – осциллограмма уже зарегистрированной на опыте ЭДС самоиндукции катушки индуктивности.

Наша задача показать, что этот х-ток реально существует, как это мы сделали ранее с ЭДС самоиндукции и увидеть не косвенные, а его реальные следы.

Для регистрации ЭДС самоиндукции мы использовали гальванически разомкнутую электрическую цепь с источником питания, так как мы собирались, регистрировали не ток, а ЭДС (разность потенциалов). Возможно, что для регистрации х-тока  нам, наоборот, понадобится гальванически замкнутая цепь, которую и представляет собой параллельный колебательный контур.

Перед проведением опыта надо освежить в памяти, какие существуют формы движения тока в цепи конденсатора, подключённого к цепи постоянного тока. Ранее на рисунках были показаны графики тока в цепи конденсатора и катушки индуктивности, включённых в цепь постоянного напряжения.

На них хорошо видно, что токи в цепи конденсатора и катушки изменяются по экспоненциальному закону.

Но на диаграмме выше хорошо видно, что при параллельном включении катушки и конденсатора направление тока в цепи контура изменяется не по экспоненциальному, а по синусоидальному закону. Это очень важно отметить.

   

На рисунке выше направление тока у конденсатора почему-то не совпадает с направлением тока в неразветвленном участке цепи. Но почему?

Кто помнит, подобное явление мы уже наблюдали в последовательном колебательном контуре. Только там обратную полярность имел не ток, а ЭДС самоиндукции по отношению к полярности напряжения на катушке индуктивности.

Кстати, в радиотехнике параллельный колебательный контур и его видоизменения применяется по этой причине в качестве фильтра-пробки. Это означает, что на резонансной частоте полное сопротивление такого параллельного колебательного контура стремится к бесконечности и ток через него практически отсутствует.

Обычно это объясняется противофазным направлением токов (в катушке индуктивности и конденсаторе), которые якобы нейтрализуют друг друга в неразветвленной части цепи, в которую включён параллельный колебательный контур, как показано на рисунке ниже.

Но может ли быть такое? Не здесь ли скрыта разгадка х-тока?

Давайте проверим на опыте - так ли это на самом деле (при этом, по ходу дела, вполне может быть, нам удастся заметить ещё что-нибудь необычное).

 

3. Опыт №1

Давайте проверим на опыте, соответствует ли направление токов в неразветвленной цепи, в цепи конденсатора и катушки индуктивности, как это показано на рисунке ниже. Тем более, что в этом нет ничего трудного.

Соберём следующую электрическую схему, установим общий провод осциллографа и  сигнальные провода 1-го и 2-го канала  как это показано на схеме ниже:

Для наглядности выставим на трёх переменных резисторах одинаковое падение напряжение, поочерёдно подключая для этого щуп первого канала.

ток через RК

ток через RС

ток через RL

Как видно, амплитуда на всех трёх токовых шунтах одинакова. Теперь установим сигнальный провод 1-го канала на RК, а 2-го канала сначала на RL и снимем совместную осциллограмму двух токов. Затем  сигнальный провод 2-го канала установим на RС и снова снимем совместную осциллограмму. Ниже представлены эти две осциллограммы.

                                          Ток на RК RL                                      Ток на RК RС

Вывод: ток в неразветвлённой цепи (RК) существует, и он синфазен с током в цепи катушки индуктивности (RL).  А ток в цепи конденсатора (RС) находится с ними в противофазе. На основании полученных осциллограмм можно уже не теоретически, а на опыте показать относительные направления трёх токов, что и отражено на картинке ниже:

Если за условное направление тока (RК) выбрать обратное ему направление, то направления токов на RС и RL соответственно также надо будет сменить на обратные.

В статье, в которой была приведена схема с указанием направлений токов в колебательном контуре, говорится, что в неразветвленном участке цепи, питающем колебательный контур должен быть разностный электрический ток двух реактивных элементов контура – катушки и конденсатора. Глядя на полученные осциллограммы - кто это сможет подтвердить?

Вместо этого на осциллограмме мы видим, что ток конденсатора находится в противофазе не только к току в катушке индуктивности, но и к току в неразветвленном участке цепи. Вот мы и добрались до х-тока, и выделили его в чистом виде так же, как это было сделано и с ЭДС самоиндукции катушки индуктивности. В учебниках этому вопросу совершенно не уделяется внимание, так как не принимается во внимание участие внешней среды ни в работе конденсатора, ни в работе катушки индуктивности. Полный анализ и вывод о физическом смысле х-тока и ЭДС самоиндукции будут сделаны в заключительной, пятой части этой работы.

Смотрим видеофрагмент №3:

4. Опыт №2

1. Подготовка к опыту. Соберём колебательный контур по схеме, представленной ниже.

Резонансная частота колебательного контура:

Главным измерительным инструментом в опыте будет двухлучевой осциллограф, каналы которого в каждом эпизоде будут подключаться по-разному. Но, прежде чем начинать опыт, как всегда необходимо правильно настроить осциллограф.

Установим два луча осциллографа точно посередине экрана, как это показано выше и переключим его в режим DUAL.

Поскольку параллельный колебательный будет запитан от источника постоянного тока, то необходимо оба канала осциллографа перевести в режим DC (регистрации постоянного напряжения)!

Для питания вибратора будет использован силовой трансформатор ТС-100-4.

Подключим 1-й канал осциллографа к обмотке понижающего трансформатора напряжением 6,3 Вольта.

Развернём для наглядности синусоиду по осям х и у на экране осциллографа, выставив максимум положительной полуволны ровно посередине экрана. На осциллограмме мы видим лишь фрагмент синусоиды, из-за того, что длительность горизонтальной развёртки превышает длительность экспозиции видеокамеры, поэтому она не может воспроизвести синусоиду полностью. Но нам это сильно  не мешает.

Подключим катушку вибратора ко вторичной обмотке трансформатора напряжением 6,3 В.

Смотрим видеофрагмент №4:

2. Проведение опыта

. Для питания схемы будет использован аккумулятор напряжением 9 Вольт. У меня нет четырёхканального осциллографа, и чтобы изучить двухканальным осциллографом явление резонанса токов со всех сторон, щупы осциллографа придётся поочерёдно подключать к различным точкам на схеме. Таким образом, мы получим осциллограммы сочетаний основных параметров работы параллельного колебательного контура, а потом, на основании этих фактов, мы сможем сделать выводы.

Сначала посмотрим, как выглядела бы осциллограмма тока и напряжения в параллельном колебательном контуре без прерываний его работы вибратором.

Что будет, если мы замкнём накоротко колебательный контур ровно посередине периода его колебания? Для ответа на этот вопрос нам придётся подключить второй вибратор.

Схема будет работать в четыре такта:

такт 1: подвижные контакты обоих вибраторов замыкают левые неподвижные контакты (правые контакты в это время разомкнуты); здесь колебательный контур подключается к источнику постоянного напряжения 9 Вольт и начинается зарядка конденсатора;

такт 2: подвижные контакты вибраторов размыкают цепь левых неподвижных контактов (в это время контакты обоих вибраторов разомкнуты и колебательный контур предоставлен самому себе!); колебательный контур отключается от источника питания 9 Вольт и предоставляется самому себе; здесь всё развивается точно так, как это описано в электротехнике – когда напряжение переходит через нуль, происходит смена полярности, а синусоида тока в это время достигает наибольшего значения.

такт 3: подвижные контакты вибраторов замыкают правые неподвижные контакты (левые контакты в это время разомкнуты); здесь происходит разряд конденсатора (катушка индуктивности при этом уже разряжена, так как ток ней равен нулю), при этом хорошо виден импульс тока отрицательной полярности.

такт 4: подвижные контакты вибраторов размыкают правые неподвижные контакты (в это время все контакты разомкнуты, и колебательный контур снова предоставлен самому себе!); здесь конденсатор и катушка полностью разряжены и готовы для следующего цикла зарядки.

Диаграммы работы схемы представлены ниже. Более подробно о них будет сказано в видеофрагменте №4.

У кого есть симуляторы, попробуйте смоделировать этот опыт. Посмотрите, сможете Вы получить такие же результаты?

Чтобы не повторять здесь то, о чём будет подробно рассказано в ролике, быстро рассмотрим полученные осциллограммы токов и  напряжений:

1.ток в неразветвлённой цепи

2) напряжение на колебательном контуре

3) совместная осциллограмма тока и напряжения

4) ток в цепи конденсатора

5) совместная осциллограмма и напряжения колебательного контура с прерываниями тока их вибратором

Переходим к просмотру видеофрагмента №5:

5. Выводы:

На основании опытов, проведённых в четырёх частях этой работы, уже напрашивается вывод о существовании в электрической цепи, по крайней мере, двух токов, двух напряжений, оси вращения зарядов, возбуждения атомов в металлических проводниках, смены ориентации оси зарядов в зависимости от  направления их движения и так далее.

Обо всём этом более подробно будет сказано в пятой части этой работы.

Часть 3, приложение 1 к части 4, Продолжение следует...

Источник

Контакты

Отправить сообщение: