Физический смысл тока и напряжения

часть 5

15.02.2020 г.

«Посвящается всем истинным любителям естествознания».

«Кто понимает перемены, тот правит своим кораблём,
наполняя паруса попутным ветром.
Кто не понимает перемен, - вынужден страдать,
встречая сопротивление среды и сил,
которые всё равно заставят его двигаться
в направлении звёздных ветров»

Чтобы дать ответ на вопрос, что такое электрический ток и напряжение нам необходимо не только накопить в опытах достаточный фактический материал, но и хорошо его осмыслить, чтобы суметь дать определения физическим явлениям и понятиям, и установить между ними взаимосвязи.

1. Вступление.

1. Судя по комментариям и количеству просмотров, всё, что было показано мной в работе «Физический смысл тока и напряжения» либо не принимается аудиторией, либо принимается, но на уровне предположений.

В общении я придерживаюсь не принципа взаимоисключения, а принципа взаимообмена. Поэтому, беседуя с кем-либо, я внимательно слушаю, о чём хочет человек мне рассказать, не перебивая его. Если человек захочет узнать мою точку зрения, тогда уже я не молчу и стараюсь ответить на вопрос. Вместо споров и навязывания друг-другу своей точки зрения, я уверен, будет гораздо лучше, если просто делиться с людьми тем, что знаешь. В этом знакомство со взглядами и работами различных людей обогащает нас, при этом каждый исследователь сможет выбрать или взять себе на заметку то, что сам посчитает нужным, в результате он сможет более продуктивно и быстрее выстроить свою Картину Мира.

В свете сказанного, я выставляю свои работы не для того, чтобы кому-то доказывать свою правоту и вступать в споры с кем-либо, а для того, чтобы каждый мог познакомиться с новой для себя информацией (если таковая есть), принять её во внимание и, наконец, самостоятельно проверить её на собственном опыте. Каждый, кто ищет свою правду и работает над созданием собственной Картины Мира, может позаимствовать в моих работах для себя как всю, так и любую её часть, если сочтёт для себя это нужным.

Друзья, в познании невозможно перепрыгнуть даже через одну ступеньку, так как цепочка из нейронов между тем, что уже познано и ещё не познано, не будет создана. Поэтому я замедлю темп подачи информации и уделю больше внимания повторению представленных мной опытов и рассмотрению их разных сторон, пока относительно них у людей не появится большая ясность.

До тех пор, пока мои работы принимаются как гипотеза, и никто не собирается их проверять на опыте, я не вижу особого смысла двигаться дальше. Какой смысл излагать новый материал, если его ожидает тот же результат – услышать и забыть? Странно, что люди довольствуются сравнением результатов моих работ с тем, что написано в учебниках или моделируют их на симуляторах. А почему не проверяют на прямом опыте? Ведь и то и другое одинаково требует затрат времени и сил? Вот так проявляет себя в действии результат стадного инстинкта и внушения: вот здесь граница, и за неё – ни шагу.

2. Очень важно осознать, что любой человек при встрече с чем-то НОВЫМ всегда будет сравнивать ЭТО с тем, что ему уже известно или знакомо, с тем опытом, который он уже успел приобрести в своей жизни. Другого способа осмысления и усвоения НОВОГО, кроме как через сравнение, не бывает. При этом нужно различать две различные формы сравнения – осознанную и неосознанную по аналогии или по ассоциации. Даже сейчас, слушая или читая эту работу, Вы постоянно держите включённым своего внутреннего цензора, который «процеживает» всю НОВУЮ для Вас информацию и сравнивает её с той, о которой ранее Вы уже были знакомы, осведомлены о ней или знаете наверняка на основании собственного опыта.

Самая тяжёлая форма невежества – неосознанная форма сравнения, когда сравнение происходит по ассоциации (автоматически), при этом внимание человека и его воля не принимают в этом никакого участия. Это вариант биороботов и ими я заниматься вообще не буду.

Здесь я обращаюсь к людям осознанного типа. Совсем другое дело, когда человек способен осознавать то, что он делает в текущий момент, и если в это время он пожелает изменить процесс усвоения новых знаний, то он сможет преодолеть установившуюся в нём ассоциативную привычку. В результате он сможет создать установку получения и усвоения знаний – по аналогии. Например, структуры двух фракталов, имеющих различные масштабы аналогичны друг другу, хотя внешне они, казалось бы, не имеют ничего общего.

3. Что нужно пожелать изменить в себе?

До тех пор, пока люди не начнут проверять полученную в книгах или из авторитетных источников информацию на практике, они так и не смогут обнаружить несоответствия между тем, что написано в учебниках и тем, что наблюдается на опыте, следовательно, для них будет закрыта возможность войти в НЕПОЗНАННОЕ.

В советское время людям правильно закладывали в головы последовательность обучения, которая выражалась в трёх словах: а) знания, б) навыки и в) умения, которую обязательно надо вернуть в образование.

Современная система образования породила новый тип усвоения материала – книжный, когда люди обходятся без приобретения навыков практических действий и умений, ограничившись только приобретением новой для себя информации и сравнением её с той, которую они успели получить ранее из какого-нибудь авторитетного источника. Теперь, чтобы выбиться в отличники достаточно, лишь КРАСИВО повторить на словах данный  педагогом материал. В этом случае оценка, данная педагогом, символизирует только то, что полученная учеником информация была им усвоена, при этом педагога не интересует, сможет ли ученик применить её на практике или нет.

Такой тип получения знаний настолько глубоко «укоренился» в сознании и привычках современного человека, что практически заменил собой опытный способ получения знаний. Теперь опытное знание заменено верой: авторитетный источник никогда не врёт. Это проклятие современного способа обучения. Людей приучили верить в то, что всё изложенное в книгах – абсолютная истина, и представляет собой непререкаемый авторитет. К науке нас заставляют относиться так, будто в ней полностью исключены ошибки, в ней нет белых пятен и открывать больше нечего. Это привело к тому, что люди разучились относиться ко всему критически, думать самостоятельно, и не только разучились, но теперь даже не знают, как это делать. Вот это и есть ответ на вопрос, что нужно желать в себе изменить.

4. Что происходит при встрече человека с чем-то НОВЫМ?

Впервые услышав или увидав своими глазами нечто НОВОЕ, как уже было выше сказано, у всех без исключения людей автоматически происходит сравнение, так как любое познание возможно только в сравнении.

С чем же происходит сравнение? Конечно, в первую очередь с ранее приобретённым знанием или полученной информацией, но знание и информация – не одно и то же. Как это происходит?

Всякое НОВОЕ сравнивается со знанием, полученным на собственном опыте, которое даёт человеку, понимание, что в народе называется мудростью.

А если у человека, столкнувшегося с чем-то НОВЫМ, отсутствует подобный опыт, тогда он обращается к имеющейся у него информации, почерпнутой из учебников и других авторитетных источников. Но информация является лишь осведомлённостью, то есть тем, что может (и должно) быть только принято во внимание, а при случае, обязательно проверено на личном опыте. Только после этого, информация переходит в разряд знания и может по усмотрению человека быть включена в его Картину Мира, на которую теперь человек может опираться, не опасаясь.

5. При встрече с НОВЫМ возможны несколько вариантов:

1) НОВОЕ или полностью соответствует, или несколько похоже на то, что человек уже знает;

2) НОВОЕ подтверждает то, о чём человек ранее уже был осведомлён из авторитетных источников информации;

3) новое не похоже или не соответствует тому, что человек уже знает или о чём он был ранее осведомлён.

У многих людей при первом знакомстве с моими работами чаще наблюдается третий вариант. Это неудивительно, так как НОВОЕ добыто мной в недрах НЕПОЗНАННОГО и ему только предстоит ещё стать ПОЗНАННЫМ. Как и с чем, в этом случае, сравнивать?

Современная система образования приучает человека к тому, что в учебниках всегда представлена только одна правда. Из-за этой установки подавляющее число людей отвергают всё, с чем они сталкиваются и что не соответствует тому, что изложено в учебниках и других «авторитетных источниках». Такую практику сравнения в наше время принято называть критическим мышлением, но это не так. Настоящее критическое мышление имеет место тогда, когда человек допускает вероятность того, что авторитеты могут ошибаться, а в учебниках могут быть неточности, нельзя с порога отвергать любую НОВУЮ информацию, а самым правильным действием будет принятие её к сведению с последующей проверкой на опыте. При этом неважно, сколько времени на это понадобится, а важно то, что человек всё это время не будет слепо опираться в жизни на непроверенную информацию!

А если серьёзно, то, как при встрече с чем-то НОВЫМ на самом деле узнать, что из двух является верным:

1) НОВОЕ;

2) информация в учебниках.

– Это можно узнать, но только на собственном опыте. Понять, почему это именно так, являет собой настоящий камень преткновения в познании человеком самого себя. Ведь нас приучают к тому, что надо верить авторитетам (учёным, академикам), при этом ничего не говорят о том, что авторитеты (как и все люди) тоже могут ошибаться и даже сознательно давать неверную информацию под давлением или за отдельную плату, в корпоративных или иных интересах. Как быть в этом случае? Подумайте. Поэтому вариант принятия НОВОГО к сведению с последующей ЕГО проверкой – во всех случаях жизни является самым оптимальным.

6. Существует два типа опыта – общечеловеческий и личный. Приведу пример.

С одной стороны, у каждого нормального человека есть одна голова, два глаза, два уха, две руки и так далее. Это то, что делает всех людей похожими друг на друга. Это аналог общечеловеческого опыта одинакового для всех.

С другой стороны, у каждого человека индивидуальный рост, размер глаз, цвет (глаз, кожи, волос), индивидуальная глубина посадки глаз, длина рук, кистей и многое-многое другое. Если соразмерность частей тела не выходит за критическую величину, то человек считается нормальным, но в то же время эта соразмерность допускает некий диапазон отличий, что делает всех людей непохожими друг на друга. Это является аналогом личного опыта, разного для всех.

Да, личный и общечеловеческий опыт представляют собой величины, не имеющие общей меры. Не имеют общей меры и другие явления, например, дух и материя, количество и качество, форма и содержание, потребитель и производитель, мужчина и женщина и многое-многое другое, образующее так называемые «ножницы» – взаимоисключающие и взаимопорождающие понятия. Я уже касался этой темы в ролике под названием «Обмен» из серии Управление. Современному человеку очень трудно объяснить, что такие величины могут и должны быть соразмерными, а операции с ними представляют собой основу любого управления. Но чтобы уметь это делать, необходимо учиться переключать своё внимание с функций левого полушария мозга на функции правого полушария и наоборот. А пока этого нет, нас в жизни будут поджидать подвохи и отклонения от нормы.

7. Одни «авторитеты» уверяют, что людям достаточно одного общечеловеческого опыта, который они получают в системе образования, а личный опыт приобретать не обязательно.

Другие авторитеты уверяют, что людям достаточно только личного опыта, и игнорируют приобщение к общечеловеческому опыту.

Истина, как всегда находится на стыке этих двух этих взаимоисключающих позиций, а в идеале хорошо, когда эти позиции будут соразмерны друг с другом в пропорции 0,382 / 0,618.

Ниже я попробую объяснить, в чём заключается назначение и отличие личного опыта от общечеловеческого опыта.

Представьте себе, что Вы художник и получили заказ на изготовление мозаики, сюжет которой Вы получили от заказчика. Как известно, мозаика представляет собой изображение или узор, выполненный из однородных по материалу и различных по цвету элементов-частиц. От Вас требуется только одно – правильно отобразить сюжет мозаики, а за Вами остаётся выбор материала и способа окраски частиц, из которых будет складываться мозаика и выполнить порученную работу.

Если пользоваться этой аналогией, то видно, что общечеловеческий опыт аналогичен сюжету мозаики, а личный опыт аналогичен выбору художником элементов (частиц) для выкладывания мозаики.

Даже по-житейски хорошо видно, что у каждой семьи есть дом, кухня, ванная, спальня, кровать и так далее. Это общечеловеческий опыт. Но в каждой семье все они устроены или располагаются по-разному, отвечая личным предпочтениям и запросам членов семьи. Точно так же и личный опыт каждого из нас отвечает нашим запросам и нацелен на приобретение только нам нужных знаний.

Для полноты изложения надо сказать, что все люди приобретают личный опыт, но среди нас есть люди, которые способны приобретать и накапливать общечеловеческий опыт, но их меньшинство, да и речь сейчас идёт не о них.

На этом примере хорошо видно, что нужны оба опыта – общечеловеческий опыт (иметь образец мозаики – цель в жизни) и личный опыт (выбор элементов мозаики), иначе мозаика никогда не будет собрана, а человек без цели в жизни и без личного опыта так и останется не приспособленным к жизни. Кроме этого, видно, что нельзя перепрыгивать даже через одну ступеньку. Например, как можно выкладывать элементы мозаики в случайном порядке – сначала укладывать один элемент посередине, затем другой элемент – слева, внизу и так далее. Мозаику можно выкладывать только последовательно, прикладывая, подгоняя элементы друг к другу, одновременно оценивая, правильно они установлены или нет. Аналогично этому в познании, перепрыгивание через ступеньку невозможно, так как не возникнет связи между тем, что нам уже известно и тем, на что в текущий момент обращено наше внимание.

6. Всё то, о чём здесь было сказано я не выдумываю, а вывел на основании опыта общения с аудиторией через комментарии. Например, то, что уже было изложено мной относительно ЭДС катушек индуктивности, токов в конденсаторах, а также двух простейших колебательных контурах аудиторией не принимается во внимание по причинам, изложенным выше – в учебниках об этом либо ничего не сказано, либо сказано, но не так. Но, согласитесь, о БТГ в учебниках тоже ничего не сказано, либо сказано, что его создание невозможно. Но почему-то людей это не смущает, и они согласны тратить своё время и ресурсы на эксперименты по его созданию, даже не понимая, как это работает. Так же в отношении свободной энергии к учебникам и мнению преподавателей люди давно относятся с недоверием. Тогда почему же люди относятся к НОВОЙ информации поверхностно, отбрасывают её с порога, не принимают её к сведению для проверки на опыте? Ведь она в первую очередь предназначена для расширения их круга восприятия, стимулирует их самостоятельное мышление и опытное познание?

На основании чего люди надеются понять, что такое ток, напряжение и прочее, если не собираются заниматься этим на личном опыте? Так они не смогут выйти за пределы Познанного и войти в Непознанное.

Да, людям нужна информация из книг и авторитетных источников, но только для того, чтобы принять её к сведению, для расширения своего кругозора, но не для слепого или фанатичного принятия её на веру. Ещё раз напомню, что в физических кабинетах не зря находятся наглядные пособия, проводятся опыты и лабораторные работы. РЕАЛЬНЫЕ знания, необходимые человеку можно приобрести только на личном опыте, а не в виртуальных (мысленных) экспериментах. Я уже обращал внимание, что всем нужен только реальный БТГ, а не виртуальный!

Всякая НОВАЯ информация всегда должна приниматься ТОЛЬКО к СВЕДЕНИЮ, но для последующей её ПРОВЕРКИ на личном жизненном опыте. Это правило относится ко всему, с чем человеку приходится иметь дело в своей жизни.

К чему я призываю? Вовсе не к тому, чтобы все начали верить в то, что всё изложенное в моих работах для всех представляет собой истину, и не к тому, чтобы все непременно приняли именно мою точку зрения. Нет, мне этого не надо. Имейте какую угодно точку зрения, лишь бы она была лично Ваша и, главное, чтобы она подтверждалась у Вас на практике.

Повторю, что помимо общечеловеческого опыта, для построения собственной Картины Мира каждому человеку ОБЯЗАТЕЛЬНО необходимо приобретать свой личный опыт. Без неё человек будет подобен 4-х летнему ребёнку, который всё видит и слышит, но ещё ничего не понимает. Кроме того, Картина Мира каждого человека никогда не будет похожа на Картину Мира нашего соседа, да это и невозможно.

Всё то, что когда-либо было получено на опыте человечеством образует область уже ПОЗНАННОГО. Но принципиально НОВЫЕ знания не могут быть получены путём бесконечного перетирания того, что людьми было добыто ранее и теперь вошло в область ПОЗНАННОГО, как, например, сегодня поступают в науке, толкуя на все лады одни и те же математические формулы, пытаясь «поглядеть» из них взаимосвязь и скрытый смысл явлений. Например, сколько ни перетирай рис, из него не сможем получить пшеничную муку, пока не засыплем в мельницу зёрна пшеницы. Так, кризис в современной Электродинамике подобен нехватке пшеничной муки, так как вместо зёрен пшеницы в мельницу намеренно сыплют зёрна риса.

В заключении хочу сказать, что нам уже пора научиться различать НОВЫЕ знания, добытые в НЕПОЗНАННОМ от знаний, которые относятся к уже ПОЗНАННОМУ. Некоторым людям интересно или нужно заниматься ПОЗНАННЫМ, так как это их призвание, а мне этим заниматься неинтересно. Поэтому все работы и опыты, представленные на моём канале, направлены только на одно – вхождение в область НЕПОЗНАННОГО, добычу и осмысление НОВОГО знания, а это сделать не так легко, как кажется с первого взгляда.

2. Электродвижущая сила.

В данном месте этой работы объясняется причина возрастания тока в параллельном колебательном контуре, причиной которого является ЭДС. Покажем это, но сначала освежим в памяти, что такое электродвижущая сила (ЭДС).

Электродвижущая сила (ЭДС) – скалярная величина, которая характеризует работу сторонних сил (не электрического происхождения) по перемещению положительных зарядов во внешней цепи и численно равна отношению этой работы к величине перемещаемого заряда.

ЭДС – это аналог напряженности электрического поля и измеряется в Вольтах на источнике ЭДС при разомкнутой цепи. Работу ЭДС можно сравнить с действием некоего насоса. Например, в замкнутой проводящей цепи ток под действием сил электрического происхождения движется от «плюса» к «минусу», а в обычном гальваническом элементе, заряды под действием неких сил перемещаются, наоборот, от «минуса» к «плюсу», то есть против сил электрического поля. Это возможно только в том случае, если ток в цепи приводится в действие не электрическими, а сторонними силами, например, силами химических реакций.

Работа сторонних сил (ЭДС) не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы не потенциальны, а значит, их работа во многом зависит от пути движения переносимых зарядов. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда во внешней цепи, подключённой к источнику ЭДС, равна нулю. Движение в проводнике электрических зарядов принято называть электрическим током, сила которого зависит от величины ЭДС источника питания и характеристик среды (проводника), в которой она действует (её сопротивления). Запомним это.

Ниже приведена информация, на которую люди обязательно должны обратить внимание для понимания работы контуров и продвижения вперёд, которая указывает на причину возрастания тока в цепи параллельного колебательного контура.

Дело в том, что хотя в учебниках этого не пишут, а учащимся не объясняют, но на самом деле с момента возникновения колебаний, амплитуда тока в параллельном колебательном контуре непрерывно стремится возрастать, при неизменной амплитуде напряжения! Да, да, именно так, как это показано на рисунке ниже.

То есть, под действием возмущающей силы вынуждающих колебаний периодически происходит увеличение амплитуды вертикальных колебаний в резонансном режиме. Но в учебниках эти колебания изображают не так. Неужели я ошибаюсь?

Из практики все знают, что в цепи параллельного колебательного контура амплитуда тока, действительно, значительно превышает амплитуду тока в неразветвлённой цепи – не зря это явление называют резонансом токов. Тогда почему и как возникает этот большой ток (при неизменном напряжении на конденсаторе)? В качестве доказательства этого явления в ролике https://www.youtube.com/watch?v=RnKUc29WCcs мной была приведена стробоскопическая осциллограмма самого первого периода (начала) колебаний в параллельном контуре, где за половину периода колебания напряжения, приложенного к контуру, ток в катушке увеличился в два раза.

Постепенно рост амплитуды тока в параллельном колебательном контуре останавливается по причине возрастающих потерь энергии, идущей на нагрев проводников в цепи (что сильно зависит от их поперечного сечения), потери на перемагничивание сердечника (если он есть), нагрев диэлектрика в конденсаторе и прочее.

Когда в контуре амплитуда тока, наконец, достигает своего критического уровня, то эти потери полностью «съедают» разовую прибавку энергии, в результате, амплитуда колебаний тока, действительно выглядит постоянной.

Все, кто учились ранее, в учебниках видели эти диаграммы тока и напряжения в колебательном контуре, наподобие той, которая представлена выше и хорошо запомнили её. Вот к таким синусоидам с постоянной амплитудой мы все и привыкли.

Но на диаграмме выше показана работа контура в тот момент, когда рост амплитуды тока уже достиг своего предела, то есть действие стало равно противодействию! Да, дальнейший рост амплитуды тока становится невозможен, но ведь в начальный период колебаний этого не наблюдается. Об этом необходимо знать, так как природа любого колебательного контура заключается в «раскачивании» амплитуды собственных колебаний под действием вынуждающих сил! Вспомните, как мы раскачиваем качели, периодически подталкивая их в момент остановки их в наивысшей точке. Посмотрите, кто умеет пользоваться, что покажет симулятор? И, наконец, самое главное: с помощью современных цифровых осциллографов можно легко получить РЕАЛЬНУЮ осциллограмму начала работы параллельного колебательного контура, начиная с самого первого колебания и до его насыщения, записать их в память, после чего все вопросы исчезнут как туман. Интересно, кто быстрее это сделает, я или Вы?

Если исключить вынуждающие колебания в колебательном контуре, то из-за потерь в цепи колебания тока (по экспоненте) быстро затухают, как это показано на рисунке ниже.

Ранее мы уже познакомились в отдельности с работой катушки индуктивности в цепи переменного тока. Но катушка и конденсатор, включённые вместе в электрическую цепь, ведут себя так же, как и порознь.

Рассмотрим подробнее, чем обычно работу параллельного колебательного конура, чтобы обнаружить особенности изменения тока и напряжения в элементах колебательного контура – конденсаторе и катушке и от чего же в контуре происходит возрастание тока?

Этот и подобные ему вопросы у левополушарных представителей человечества вызывают улыбку. Мол, чего тут мучиться, напиши формулу и в ней всё увидишь. А вот и нет.

Формальный метод особо ничем не отличается от любого другого, использующего модели, которым свойственны недостатки – примитивность и ограниченность применения. По сути, математические формулы являются лишь костылями, компенсирующими неумение людей логически мыслить, невежество людей в естествознании и попыткой заменить разными моделями понимание физической сути явлений. По этой причине, взирая на эти формулы-модели, люди всё более зацикливаются на них и не способны более выбраться из самими проложенной колеи мышления, раз за разом только углубляя её. В результате они проходят мимо многих важных открытий, а главное, лишаются понимания физической сути процессов. Любая модель никогда не заменит собой сложную и чрезвычайно гибкую физическую реальность, а только её ограничит. Люди забыли это и думают, что если некая модель является подобием чего-либо, то и всё остальное она тоже будет отражать правильно. В результате получается странный вывод: если из формулы чего-то не следует, значит, в природе этого не существует. Вот мы и проскакиваем одну остановку за другой.

Тем, кто стремится к познанию принципов и желает выйти за пределы восприятия, ограниченного одним единственным способом формального моделирования, необходим иной подход – учиться обходиться без формального моделирования. Кому надо научиться плавать, тому надо плыть.

Ниже представлена диаграмма (из учебника), на которой представлены изменения тока и напряжения в колебательном контуре. Разделим период колебания в контуре на восемь частей.

Ниже показаны изменения, происходящие при резонансе токов отдельно в катушке и конденсаторе

Диаграммы предела увеличения амплитуды тока в параллельном колебательном контуре, известного как явление резонанса токов.

Примечание:

1) символ

означает прямое (положительное) направление тока в цепи;

2) символ

означает обратное (отрицательное) направление тока в цепи;

3) символы

 и
  означают максимальную величину тока;

4) символы

  и
 означают максимальное напряжение на обкладках конденсатора.

Количество стрелочек символизирует величину тока, а перемена цвета стрелочек указывает на смену  направления тока в цепи.

Обратите внимание, что катушка и конденсатор в течение одного периода поочерёдно становятся то приёмниками, то источниками энергии!

Это происходит из-за различной реакции катушек и конденсаторов на подключения к источнику питания. Катушка сопротивляется зарядке, а конденсатор наоборот – сам инициирует процесс своей зарядки.

Давайте освежим в памяти особенности работы катушки индуктивности и конденсатора.

Из опыта (https://youtu.be/e1O0iT2sskQ) мы знаем, что конденсатор, будучи включён в цепь переменного напряжения, при нулевом напряжении принимает максимальное значение тока и поэтому он является потребителем энергии.

На фото, ток опережает напряжение

При переходе напряжения на обкладках конденсатора через экстремум, направление тока в нём меняется на обратное. В это время конденсатор является источником энергии.

Из опыта (https://youtu.be/3F-vLiiMMqk, эпизод №8) мы знаем, что при нулевом токе в катушке индуктивности ЭДС самоиндукции принимает максимальное значение, в это время катушка является потребителем энергии.

При переходе тока через экстремум в катушке индуктивности, полярность напряжения на её концах меняется на обратную. В это время катушка становится источником энергии.

Отсюда сделаем главный вывод: катушка индуктивности, будучи подключённой к источнику тока сопротивляется току постепенно; конденсатор, будучи подключённым к источнику напряжения, наоборот не сопротивляется, а активно участвует в заряде электричеством. Подробнее об этом сказано в следующей части этой работы.

Под действием активной силы, заставляющей деформироваться и распрямляться пассивную среду, сердечник в катушке и диэлектрик в конденсаторе накапливают энергию деформации, но в пределах упругости конкретной среды. Когда среда оказывается полностью сжатой, она перестаёт накапливать энергию, зато она всегда готова снова вернуться в нейтральное состояние, вернув обратно накопленную энергию.

Надо помнить что, будучи включёнными в колебательный контур, катушка и конденсатор ведут себя аналогично, но в зависимости от способа их соединения, они проявляют себя по-разному. Так, при подключении к источнику питания параллельного колебательного контура, катушка оказывается шунтированной разряженным конденсатором, который в первую очередь берёт энергию от источника питания на себя и только после этого в работу включается катушка индуктивности.

Забегая вперёд добавлю, что при подключении последовательного колебательного контура к источнику питания конденсатор оказывается включённым последовательно с катушкой индуктивности, в этом случае его зарядка полностью зависит от инертности катушки индуктивности.

Подробно об этом будет сказано в следующей части этой работы, а пока сказанного выше нам будет достаточно для анализа работы контура.

Давайте рассмотрим процесс нарастания тока в параллельном колебательном контуре.

При первом подключении контура к источнику питания в первую очередь начнёт заряжаться конденсатор из-за очень малого внутреннего сопротивления. Для удобства анализа разделим условно колебательный процесс на несколько этапов.

1. Ниже показан момент подключения колебательного контура к источнику питания. Пусть в момент замыкания ключа полярность вынуждающих колебаний напряжения будет положительной. В это время в первую очередь конденсатор становится потребителем энергии (ток его зарядки обозначается синей стрелкой). Катушка в это время оказывается замкнутой накоротко конденсатором, имеющим в это время низкое внутреннее сопротивление, и не заряжается. Тока в ней нет.

2. Ниже показан момент, когда ток зарядки конденсатора достиг значения нуля, а напряжение на его обкладках достигло ЭДС источника питания, что является истинной причиной того, почему напряжение в параллельном колебательном контуре на обкладках конденсатора никогда не может превышать напряжения источника питания.

По мере зарядки конденсатора его внутреннее сопротивление увеличивается, в результате на концах катушки возрастает напряжение, в результате по обмотке катушки начинает течь ток, что ведёт к деформации (намагничиванию) материала сердечника и запасанию в нём энергии.

3. В зависимости от величины индуктивности, катушка всё более ослабляет сопротивление току (который обозначается синей стрелкой) и начинается процесс её интенсивной зарядки.

4. Катушка индуктивности в это время становится потребителем энергии, так как ток заряда катушки индуктивности (обозначенный синей стрелкой) направлен по ходу тока источника питания. По мере зарядки катушки, её внутреннее сопротивление сильно уменьшается, в результате этого конденсатор начинает разряжаться на катушку индуктивности. При этом он становится источником ЭДС, так как ток его разряда (обозначенный красной стрелкой) направлен против сил электрического поля.

В результате мы наблюдаем сложение в катушке индуктивности двух токов, и теперь она заряжается уже от двух одинаковых по напряжению источников ЭДС – самого источника питания и ЭДС конденсатора. Этот факт и есть причина возрастания тока в катушке индуктивности при резонансе токов. Вместе эти два процесса – зарядка конденсатора и катушки индуктивности, как известно графически имеют вид синусоиды.

Факт превращения конденсатора в источник ЭДС, в результате чего происходит (в течение половины периода колебания) увеличение тока в катушке индуктивности в два раза был показан в ролике под названием «Приложении к части №4», с которым можно познакомиться по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=RnKUc29WCcs.

Процесс зарядки катушки конденсатором завершается, когда конденсатор будет полностью разряжен, то есть на границе между первой и второй половиной периода колебаний. В этот момент ток в катушке индуктивности достигнет своего максимума и начнёт уменьшаться. В свою очередь, это ведёт к мгновенной смене полярности напряжения на катушке. Теперь катушка станет источником ЭДС, часть энергии которой снова пойдёт на зарядку конденсатора, но зарядит его до напряжения, не превышающего напряжение источника питания.

В следующей половине периода колебания в параллельном колебательном контуре всё повторится, в чём каждый сможет убедиться, если проведёт аналогичные рассуждения. Забегая вперёд скажу, что за один период колебания ток в катушке индуктивности станет в 4 раза больше, чем ток от источника питания. Так будет продолжаться, пока потери на нагрев проводников, токи утечки в диэлектрике конденсатора и потери на перемагничивание сердечника не начнут «съедать» прибавку энергии от вынуждающих колебаний.

Несколько раз мне задавали вопрос, почему на диаграмме в катушке и конденсаторе мы наблюдаем равенство токов, текущих в противофазе, при этом токи не гасят друг друга. Как же тогда поддерживаются колебания? Вот только сейчас после подробного анализа, наконец, пришло время дать ответ на этот вопрос.

– Причина этого заключается в том, что природа этих токов различна: один ток от ЭДС источника питания, а другой, который действует против сил электрического поля – от ЭДС конденсатора (релаксация диэлектрика) или ЭДС катушки индуктивности (релаксация сердечника). Вторая причина того, что колебания не гасятся, заключается в том, что мощность источника питания значительно превышает мощность противодействия среды, заключённой в диэлектрике конденсатора. Сторонние силы источника питания, подобно бульдозеру действуют постоянно. Под их действием среда диэлектрика в конденсаторе деформируется (поляризуется) подобно пружине, а когда поляризация достигает насыщения, конденсатор сам готов стать источником ЭДС, в результате накопленная энергия деформации будет отдана обратно.

3. Магнитодвижущая сила.

В данной части работы объясняется причина возрастания напряжения на обкладках конденсатора в последовательном колебательном контуре. Вначале освежим в памяти, что такое МДС.

Известно, что электрический ток в проводниках возбуждает вокруг себя магнитное поле, а в магнитных проводниках ток возбуждает магнитные потоки. Эта способность электрического тока создавать магнитные потоки называется намагничивающей силой или Магнитодвижущей силой (МДС) и измеряется в Амперах (в технике – в ампер-витках) при замыкании проводящего контура, который пересекает магнитный поток.

МДС катушки индуктивности численно равняется произведению силы тока (в одном витке), умноженному на количество витков

F = w·I

где w — количество витков в обмотке, I — ток в проводнике.

Если МДС (F) привести к единице длины магнитопровода (разделить на его длину), то получим известную физическую величину – напряжённость магнитного поля Н

МДС в магнитной цепи вызывает магнитный поток подобно тому, как ЭДС вызывает электрический ток в проводящей цепи. Для определения положительного направления МДС пользуются правилом правой руки или правилом буравчика.

МДС в магнитных цепях является аналогом ЭДС в электрических цепях. Но существует и обратное явление под названием обратная магнитодвижущая сила (ОМДС), когда движущийся (переменный) магнетизм приводит к появлению тока в обмотках катушек индуктивности. Данное явление, известно как закон магнитоэлектрической индукции Фарадея, согласно которому изменение величины или направления магнитного потока приводит к появлению тока в замкнутом проводящем контуре, который пересекается этим магнитным потоком.

В чистом виде ОМДС можно наблюдать в магнитных генераторах электрической энергии (например, в гидротурбинах ГЭС), в которых электрические заряды перемещаются против сил электрического поля, так как они приводятся в движение сторонними силами (потоками воды).  Во вторичных обмотках трансформаторов ОМДС также является причиной появления ЭДС, за счёт изменения величины пересекающего их магнитного потока. При замыкании этих обмоток накоротко или при подключении к ним нагрузки в них возникает электрический ток.

В последовательном контуре катушка и конденсатор включены иначе, чем в параллельном колебательном контуре, следовательно, результат совместной деятельности их будет иным.

В свете ранее проведённых опытов с последовательным колебательным контуром особый интерес для нас представляет именно ОМДС в катушке индуктивности, так как именно это явление и является причиной возрастания напряжения на обкладках конденсатора в последовательном колебательном контуре.

Известно, что обоих видах колебательных контуров происходит увеличение амплитуды колебаний под действием вынуждающей силы. В параллельном колебательном контуре возрастает амплитуда тока, а в последовательном колебательном контуре возрастает амплитуда напряжения, как это показано на рисунке ниже:

Ниже представлена диаграмма колебаний амплитуды тока и напряжения в последовательном колебательном контуре, когда прирост амплитуды тока в колебательном контуре остановился. Рассмотрим подробнее колебания в последовательном колебательном контуре, чем это обычно делается и сопровождающее его явление – резонанс напряжений, чтобы увидеть особенности изменения тока и напряжения в элементах последовательного контура – катушке и конденсаторе. Для этого разделим период колебания в контуре на восемь частей.

Диаграммы явления резонанса токов в параллельном колебательном контуре в цепи переменного напряжения и процессы, протекающие в катушке конденсаторе.

Примечание:

1) символ

означает прямое (положительное) направление тока в цепи;

2) символ

означает обратное (отрицательное) направление тока в цепи;

3) символы

 и
  означают максимальную величину тока;

4) символы

  и
 означают максимальное напряжение на обкладках конденсатора.

Количество стрелочек символизирует величину тока, а перемена цвета стрелочек указывает на смену  направления тока в цепи.

Из опыта (https://youtu.be/e1O0iT2sskQ) мы знаем, что при нулевом напряжении ток в конденсаторе максимален и в это время конденсатор является потребителем энергии. При переходе напряжения через экстремум направление тока в конденсаторе меняется на обратное – от «плюса» к «минусу» и в это время конденсатор становится источником энергии.

Из опыта (https://youtu.be/3F-vLiiMMqk, эпизод №8) мы знаем, что при нулевом значении тока, катушка индуктивности является потребителем энергии, а при нулевом напряжении, она становится источником энергии.

Если катушку и конденсатор включить последовательно или параллельно в электрическую цепь, то вместе они будут вести себя также, как и отдельно.

Как было сказано выше при подключении к источнику питания последовательного колебательного контура конденсатор оказывается включённым последовательно с катушкой индуктивности, поэтому его зарядка полностью зависит от инертности катушки индуктивности. Давайте рассмотрим процесс нарастания тока в последовательном колебательном контуре, схема которого представлена ниже. Источник питания подключается к свободным концам контура.

Для удобства анализа разделим колебательный процесс условно на несколько этапов.

1. Ниже показан момент подключения колебательного контура к источнику питания. Пусть в момент замыкания ключа полярность вынуждающих колебаний напряжения будет положительной. При первом подключении последовательного контура к источнику питания в первую очередь (ещё до появления тока в обмотке) на концах катушки индуктивности возникает ЭДС самоиндукции, которая имеет обратную полярность по отношению к полярности источника питания, как показано на рисунке ниже.

Конденсатор в это время отделён от источника питания высоким внутренним сопротивлением катушки индуктивности и не может начать заряжаться, так как ток (как источник зарядов для конденсатора) не пропускается катушкой индуктивности. Поэтому напряжение на его обкладках ещё равно нулю.

2. Ниже синей стрелкой показан момент появления тока в катушке индуктивности, который является источником зарядов для конденсатора.

По мере стекания зарядов, на обкладках конденсатора возникает напряжение.

3. Ниже показан момент, когда ток в катушке индуктивности достиг максимального значения, а напряжение на концах её обмотки стало нулевым. В это время напряжённость магнитного поля внутри катушки тоже достигла максимального значения. Теперь среда в катушке (материал сердечника) полностью деформирована, накопив при этом энергию.

В результате этого конденсатор оказался заряжен до напряжения, равного значению ЭДС источника питания.

4. После того, как ток в катушке магнитный поток в сердечнике достигли своего максимального значения, они без поддержки как динамическое явление не могут оставаться постоянными, и начинают убывать.

Переход через экстремум всегда сопровождается сменой полярности напряжения на концах катушки индуктивности. В результате катушка индуктивности из потребителя энергии становится источником ОМДС, за счёт изменения (уменьшения) магнитного потока, пересекающего обмотку катушки.

Напомню, конденсатор в первой четверти периода уже получил порцию энергии от ЭДС источника питания в виде тока, возрастающего от нуля до максимума. Теперь (в течение второй четверти периода) вся энергия деформации сердечнмика, накопленная в сердечнике в виде ОМДС, не будет отдана конденсатору, что выглядит как ток в катушке, убывающий от максимума до минимума (2-я четверть периода).

Многочисленные опыты, представленные на моём канале, показали, что в конце первого периода колебания последовательного колебательного контура напряжение на конденсаторе достигает величины 2-х ЭДС источника питания (за минусом потерь).

В следующей половине периода колебания в последовательном колебательном контуре всё повторится, в чём каждый сможет убедиться, если проведёт аналогичные рассуждения. Забегая вперёд скажу, что за один период колебания напряжение на обкладках конденсатора станет в 4 раза больше, чем ЭДС источника питания. Так будет продолжаться, пока потери на токи утечки в диэлектрике конденсатора, нагрев проводников и потери на перемагничивание сердечника не начнут «съедать» прибавку энергии от вынуждающих колебаний, или пока, наконец, пробой диэлектрика в конденсаторе не остановит рост напряжения на его обкладках.

4. Выводы.

Те, кто внимательно следили за изложением 5 части работы, заметили разницу между методом исследования процессов в колебательном контуре, представленным в 5 части работы и физико-математическим методом, который излагается в учебниках. Он значительно отличается от распространённого левополушарного метода. Разработка и знакомство с этим методом является целью моей работы. В имеющихся учебниках и энциклопедиях Вы не найдёте ничего подобного.

Знаю, что лишь немногие смогут осилить этот метод, зато остальные смогут получить хотя бы надежду на то, что рано или поздно в науке воцарится срединный и гармоничны метод. Сегодня метод находится ещё в зародыше, но уже является альтернативой, принятому в академической науке формально-абстрактному методу.

Как видите, для понимания происходящих электрических процессов вовсе не нужно писать уравнения и созерцать математические формулы. Нужно только одно – понимать физическую суть наблюдаемых в опыте процессов и умение без ошибок логически мыслить.

Математика создана на базе логики и представляет собой искусственный алгоритм мышления, не свойственный человеку. К нему, как и многому другому можно привыкнуть, но переход на язык математики подразумевает у человека иной алгоритм мышления. Логика же, наоборот, является естественным алгоритмом мышления человека, хотя нам внушают обратное. Но и здесь есть подвох: для человека естественной является не двоичная логика или иная многозначная логика (которую преподают в вузах и которой никто не пользуется в обычной жизни), а только троичная логика. По умолчанию в своей повседневной жизни ею пользуется каждый нормальный человек (сам того не осознавая) по той простой причине, что нейроны головного мозга могут находиться не в двух, а в трёх состояниях – возбуждённом, нейтральном и заторможенном. Только пробудившись в  самосознание, человек сможет путём наблюдения над собой подтвердить этот факт.

Всегда, когда хотят запутать или пустить по ложному следу, в языке прибегают к иностранным словам, так как это влечёт потерю исконного смысла слов. Благодаря этому происходит подмена смысла или навешивание на новое понятие того или иного эмоционального фона. Точно так же, как в цирке фокусники легко обманывают людей, ловко манипулируя перед их носом руками и отвлекая внимание публики, точно так же есть «специалисты», которые могут извратить смысл не то чтобы одного слова, но даже целого исторического периода, при том, что никто этого не заметит! Люди будьте бдительными. Это делается путём привнесения в язык коренного народа иностранных слов или их суррогатов, корни которых и слоги ему не свойственны.

Людям внушают, что принятые сегодня в официальной науке теории и физико-математические модели являются единственно верными. Это большое заблуждение. Нас просто лишили выбора, предоставив только один метод, отсюда возникает иллюзия «единственного и неповторимого». Физическая реальность может быть отражена бесконечным количеством моделей. Одни из них будут лучше, другие хуже её отражать, но смысл всегда один – все модели являются игрушками, костылями человеческого мышления. Посмотрите на следы прошлых цивилизаций. Неужели все они все были великими математиками?

Смысл человеческого познания – познание принципов Мироздания, являющих собой настоящий язык междисциплинарного общения. Владея ним, специалист из любой области человеческой деятельности легко сможет объяснить специалисту из другой области человеческой деятельности суть своей деятельности и, наоборот.

Так, например, музыкант, изучивший клавиши или лады одной из октав любого музыкального инструмента, легко сможет их воспроизвести в любой другой октаве из-за того, что они АНАЛОГИЧНЫ.

Математикой нельзя злоупотреблять, как это делается сегодня. Люди легко ко всему привыкают, в результате злоупотребления отвыкают правильно логически мыслить, забывая, что естественный алгоритм позволяет нам мыслить совсем иначе, быстрее и более плодотворно.

Я не выступаю за полный отказ от математики, я против того, что ею сегодня затыкают все дырки. Математика нужна не в исследовательской деятельности, а только в инженерном деле, но наука это не инженерное дело. В науке нужны не формулы, а алгоритмы троичной логики, количество которых на порядок превышает алгоритмы формальной и математической логики вместе взятых. Люди даже не представляют себе, насколько беден язык логического мышления современного человека. Мы находимся уже близко к тому, когда наш словарный запас достигнет значения нескольких слов типа «ку», «гравицапа» и ещё нескольких слов из известного фильма.

В науке достаточно знания обычных арифметических пропорций, так как она в первую очередь призвана изучать принципы Мироздания, взаимосвязи в нем, физическую суть явлений, при этом, не разрушая целостность и не нарушая равновесия объектов изучения. Получается, что настоящей науки-то у нас ещё нет, точнее она есть, но без головы.

А формулы нам понадобятся, но не на 1-м или 2-м этапе (из 9-ти этапов) реализации идеи, а на 3-м, 4-м этапе, когда потребуется, например, оптимизация воплощённой идеи, улучшение свойств чего-либо и так далее, то есть в инженерном деле, где понимания физической сути уже не требуется. Поэтому наука и инженерное дело – это далеко не одно и то же.

В мире никогда не нарушается гармония, а всё, что мы воспринимаем в этом мире, является нарушением время от времени активной силой равновесия в пассивной среде. После этого благодаря нейтрализующей силе происходит процесс восстановления равновесия, который порой принимает самые загадочные, и даже негармоничные формы. Куда бы исследователь ни обращал свой взор, в первую очередь ему следует учиться находить эти три силы.

Часть 4, Продолжение следует...

Источник

Контакты

Отправить сообщение: