|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Эксперименты с катушками Теслы – КапанадзеСтр 1 из 5Следующая ⇒
Эксперименты с катушками Теслы – Капанадзе Для получения однонаправленного тока в индукторе, необходимо, чтобы сопротивление демпфирующего резистора имело значение в пределах от 100 до 160 Ом.
1.2.4. Исследуем теперь зависимость формы тока в индукторе от ёмкости разрядного конденсатора, при оптимальном демпфирующем сопротивлении. Для каждого значения ёмкости разрядного конденсатора, выбираемому переключателем SA2, находим положение переключателя SA3, соответствующее оптимальному демпфирующему сопротивлению, и снимем осциллограммы выходного сигнала при различных значениях ёмкости разрядного конденсатора. Для ёмкости 100 пФ результат уже есть на рисунке 7. Результаты для ёмкостей 200 пФ и 500 пФ представлены на рисунках 8 и 9.
Рис. 8. Осциллограмма сигнала в индукторе при разрядной ёмкости 200 пФ и величине демпфирующего сопротивления 96 Ом. Установки: X = 0, 1 мкс/дел, Y = 2 в/дел.
Рис. 9. Осциллограмма сигнала в индукторе при разрядной ёмкости 500 пФ и величине демпфирующего сопротивления 48 Ом. Установки: X = 0, 1 мкс/дел, Y = 2 в/дел.
Как и следовало ожидать, при увеличении разрядной ёмкости длительность импульса возрастает.
1.2.5. В дальнейших экспериментах нам понадобится знать частоты, на которых резонирует индуктор при различных значениях разрядной ёмкости. Для этого снимем осциллограммы при нулевом значении демпфирующего сопротивления. Для ёмкости 100 пФ такая осциллограмма представлена на рисунке 3, осциллограммы для ёмкостей 200 пФ и 500 пФ представлены на рисунках 10 и 11. Из этих осциллограмм можно оценить период сигнала в индукторе: - для ёмкости 100 пФ – 70 нс, что соответствует частоте 14, 3 МГц; - для ёмкости 200 пФ – 87, 5 нс, что соответствует частоте 11, 4 МГц; - для ёмкости 500 пФ – 140 нс, что соответствует частоте 7, 1 МГц; Собственно, нам не столько нужно знать частоты, сколько длительность однонаправленных импульсов, которые на уровне 20% амплитуды сигнала примерно равны периоду затухающего сигнала при RD = 0.
Рис. 10. Осциллограмма сигнала в индукторе при разрядной ёмкости 200 пФ и величине демпфирующего сопротивления 0 Ом. Установки: X = 0, 1 мкс/дел, Y = 2 в/дел.
Рис. 11. Осциллограмма сигнала в индукторе при разрядной ёмкости 500 пФ и величине демпфирующего сопротивления 0 Ом. Установки: X = 0, 1 мкс/дел, Y = 2 в/дел.
1.2.6. Подведём итог результатам эксперимента. Мы установили, что в индукторе можно возбудить однонаправленный импульс тока. Для этого необходимо последовательно с индуктором включить демпфирующее сопротивление оптимальной величины. Для каждой величины разрядной ёмкости существует своя оптимальная величина демпфирующего сопротивления. Предварительные эксперименты с катушкой. Вставим теперь в индуктор катушку. Сначала простую однослойную катушку 1, намотанную проводом сечением 1, 5 мм2 в ПВХ - изоляции. Все исходные данные по катушке и результаты измерений и расчётов сведём в таблицу 1.
2.1. Исследуем влияние катушки на форму тока в индукторе. Для этого подключаем индуктор через конденсатор 100 пФ и сопротивление 164 Ом. На осциллографе, подключённом через трансформатор тока, видим осциллограмму тока в индукторе, представленную на рисунке 13. - Вставляем в индуктор катушку 1, поднимаем индуктор вдоль катушки от самого низа до самого верха катушки, подключаем к выводам катушки заземление, перемещаем в катушке заземлённую дюралевую трубу на всю катушку, с заземлением катушки и/или индуктора, и без него. Видим, что начальный участок осциллограммы тока в индукторе стоит как вкопанный, то есть: никакого влияния на форму тока в индукторе катушка не оказывает. 2.2. Исследуем влияние индуктора и заземления на форму напряжения на катушке. Для этого щуп осциллографа располагаем на расстоянии 5 см от верхней части катушки. Земляной провод осциллографа никуда не подключаем. При различных положениях индуктора и при различных вариантах заземления нижнего вывода катушки, измеряем амплитуду и частоту осциллограммы сигнала, излучаемого катушкой.
Проделываем это: а) при незаземлённых выводах катушки; б) при подключении заземления 1, с длиной заземляющего провода 6 м и сечением 10 мм2, на арматуру, к которой приварена лицевая плита лоджии; в) заземления 2, с длиной заземляющего провода 12 м и сечением 1, 5 мм2, на шину в санузле, служащую для заземления ванны; г) заземления 3, тем же проводом, что и 2, но на арматуру; д) на корпус осциллографа. Результаты измерений заносим в таблицу 2.
Таблица 1. Результаты измерений и расчётов параметров катушки 1.
Таблица 2. Влияние индуктора и заземления на форму напряжения катушки 1.
2.2.1. Показания, снятые без заземления, приведены для справки, и не могут быть использованы, поскольку наличие заземления в нашем случае обязательно. 2.2.2. Показания, при которых в качестве заземления использован корпус осциллографа, очевидно, завышены и тоже приведены для справки. 2.2.3. Первое, что следует из таблицы: В проводе наблюдается высокодобротный резонанс тока при частоте, зависящей от длины заземляющего провода. При этом резонанс в контуре не столь явно выражен. При перестройке контура, амплитуда напряжения на нём изменяется на несколько десятков процентов, в то же время амплитуда тока в проводе изменяется в десятки раз. – Совмещение резонансов – определяющее условие для возникновения тока в заземляющем проводе.
2.5. В этом пункте мы поэтапно начинаем переходить от катушки Теслы к катушке Капанадзе.
2.5.1. Итак, для получения тока в заземляющем проводе 1, нам необходимо настроить колебательный контур катушки на частоту 7, 6 МГц, а для получения тока в заземляющем проводе 2 - на частоту 4, 2 МГц. Попробуем сделать это без использования заземлённой трубки, а изменив конфигурацию самой катушки. Попробуем увеличить её индуктивность. Для этого смотаем часть витков с верхнего края катушки и намотаем их вторым слоем поверх оставшихся витков. Потом проделаем то же самое со стороны индуктора. Результаты измерений занесём в таблицу 5.
Таблица 5. Зависимость параметров катушки от способа намотки.
Из таблицы следует, что индуктивность катушки, действительно, возрастает. Но при перемотке верхних витков частота колебательного контура возрастает, а при перемотке витков со стороны индуктора – снижается. Я этого объяснить не могу и оставляю теоретикам. Зафиксируем этот факт выделенным шрифтом:
Если при постоянной длине провода, в одной и той же катушке, часть витков сверху катушки намотать вторым слоем, резонансная частота колебательного контура возрастает, а если сделать то же самое со стороны индуктора, резонансная частота контура снижается.
Варианты 7 и 8 соответствуют двум толкованиям намотки катушки Капанадзе из видео 2004 г. Вариант 8 – когда первая половина второго слоя катушки мотается со стороны «горячего» конца, а вторая – со стороны индуктора, где и заканчивается. Вариант 8 обеспечивает самую низкую частоту резонанса колебательного контура. 2.5.2. Из таблицы видно также, что в варианте 6 мы случайно получили частоту 4, 2 МГц, соответствующую резонансу в проводе при использовании заземления 2. Подключив осциллограф к трансформатору тока, надетому на заземляющий провод, действительно, наблюдаем резонанс тока с амплитудой 0, 1 А, (при использовании разрядной ёмкости 500 пф). Осциллограмма тока в заземляющем проводе при совпадении резонансов приведена на рисунке 21.
Рис. 21. Осциллограмма сигнала в заземляющем проводе при совмещении резонансов. Установки: X = 0, 5 мкс/дел, Y = 0, 1 в/дел.
Таким образом, намотав часть катушки вторым слоем, как это делает Капанадзе, нам удалось понизить частоту катушки до совмещения резонансов в катушке с заземлением 2, где результат был наихудший, без применения заземляющей трубки. Это позволило поднять амплитуду тока в проводе в 2, 5 раза. А теперь попытаемся этот сигнал усилить ещё больше.
2.5.3. На этом этапе надо понимать, что введением демпфирующего резистора в цепь индуктора, мы избавились от свободных колебаний в индукторе. Сделано это было исключительно с той целью, чтобы облегчить совмещение резонансов в колебательном контуре и в проводе. Биения двух частот можно легко устранить настройкой одной из них. Если бы индуктор тоже имел свои колебания, мы имели бы три частоты. Совместить резонансы трёх частот гораздо сложнее, чем двух. С другой стороны, задавив колебания в индукторе, мы практически увидели импульс тока, который обеспечивает наша схема возбуждения. Его длительность определяется разрядной ёмкостью, а однонаправленность – применяемой схемотехникой. Тесла рекомендовал настроить собственную частоту колебаний индуктора на частоту совмещённых резонансов в контуре и в проводе. Это мы теперь и сделаем. Убираем демпфирующий резистор и подключаем параллельно индуктору конденсатор переменной ёмкости. При настройке индуктора в резонанс с уже совмещёнными резонансами в контуре и в проводе, внешний вид осциллограммы не изменился, а амплитуда возросла ровно в два раза, до величины 0, 2 А. Измерение показало, что ёмкость, при которой наступает резонанс, равна 860 пФ. Отпаиваем от индуктора конденсатор переменной ёмкости, и припаиваем набор из трёх конденсаторов общей ёмкостью 860 пФ. Амплитуда сигнала не изменилась. Теперь мы готовы к следующему этапу экспериментов. В таблице 5 вариант намотки 7 даёт почти ту же резонансную частоту, что и вариант 6, проверка показала, что и амплитуда и форма сигнала почти такие же, как и в варианте 6. Но в варианте 6 сигнал на начальном участке осциллограммы более чистый, его и будем использовать.
2.6. Перейдём теперь к самому интересному – посмотрим, как зависит ток в заземляющем проводе при включении последовательно с ним сопротивления нагрузки.
2.6.1. Последовательно с заземляющим проводом будем включать резисторы с различными сопротивлениями, измерять амплитуду и наблюдать форму осциллограммы тока в проводе. Результаты измерений занесём в таблицу 6.
Таблица 6. Зависимость параметров тока в заземляющем проводе от сопротивления нагрузки.
2.6.2. Результаты измерений показывают, что:
Сопротивление нагрузки вплоть до 600 Ом практически не оказывает влияния на амплитуду и форму тока в заземляющем проводе.
2.6.3. Дополнительное измерение показало, что разрядный конденсатор ёмкостью Ср = 500 пФ заряжается до напряжения Uр = 200 В, и накопленная в нём энергия к моменту разряда равна: Eр = Ср*Uр2/2 = 500*10-12*2002/2 = 10*10-6 [Дж]. При сопротивлении нагрузки 600 Ом только в первом периоде колебаний выделяется треть этой энергии, а ещё есть несколько периодов с затухающей амплитудой. В первом же периоде часть энергии запаслась в колебательном контуре. Её тоже можно подсчитать, но в этом нет необходимости, поскольку амплитуда и форма сигнала в колебательном контуре остались такими же, как и без нагрузки, то есть, сколько энергии из запускающего импульса уходило в колебательный контур без нагрузки, столько же уходит и с нагрузкой. При установившемся непрерывном процессе колебаний, для работы установки потребуется только энергия для поддержания колебаний в колебательном контуре, а это относительно меньше, чем энергия, уходящая на возбуждение этого контура. Отсюда осмелюсь сделать заявление, что:
Главное отличие катушки Капанадзе в том, что в ней резонансная частота колебательного контура может быть в несколько раз ниже частоты в трансформаторе Теслы при той же длине провода и намотанной на том же каркасе.
Для продолжения экспериментов необходимо изготовить катушку Капанадзе.
Всем удачи! =Multik из Мультикона.=
31.03.2012
Эксперименты с катушками Теслы – Капанадзе |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-19; Просмотров: 164; Нарушение авторского права страницы
