Когда рабочая частота катушки Теслы определена, необходимо, чтобы длительность импульса в индукторе была меньше периода её колебаний.

 

2.4. Для завершения работы с этой катушкой, неплохо бы измерить токи, протекающие в заземляющем проводе.

Надеваем на провод датчик тока и проводим измерения при различных положениях заземлённой трубки внутри катушки для двух заземлений с различной длиной провода.

 

  2.4.1. Подключаем заземление 1. Трубка не вставлена. В заземляющем проводе наблюдаем биения колебаний тока с начальными выбросами амплитудой 0, 06 А.

При вдвигании трубки биения усиливаются и на частоте 7, 6 МГц наблюдается ярко выраженный резонанс с той же амплитудой 0, 06 А, но не отдельные выбросы, а нарастающая, а затем спадающая синусоида. При изменении ёмкости разрядного конденсатора, частота резонанса не изменяется, максимальная амплитуда наблюдается при ёмкости 200 пФ, что согласуется с результатами, показанными на графике (рисунок 20).

Дальнейшее вдвигание трубки приводит к резкому снижению амплитуды колебаний. На частоте 5 МГц амплитуда снижается в 10 раз. При введении трубки до конца опять наблюдаются слабые биения.

 

2.4.2. Подключаем заземление 2. Трубка не вставлена. В заземляющем проводе наблюдаем биения колебаний тока с начальными выбросами амплитудой 0, 06 А.

При вдвигании трубки биения пропадают и при дальнейшем вдвигании трубки уровень сигнала значительно падает, а затем вновь появляются биения. На частоте 4, 2 МГц наблюдается ярко выраженный резонанс с амплитудой 0, 04 А, - медленно нарастающая, а затем спадающая синусоида. При изменении ёмкости разрядного конденсатора, частота резонанса не изменяется, максимальная амплитуда наблюдается при ёмкости 500 пФ, что опять согласуется с результатами, показанными на графике (рисунок 20).

Дальнейшее вдвигание трубки опять приводит к резкому снижению амплитуды колебаний.

 

2.4.2. Объяснить появление резонансов тока в заземляющем проводе можно, если предположить, что это его ¾ - волновой резонанс.

В таблице 1 рассчитаны ¼ - волновые резонансы для катушки с заземлением 1 – 3, 35 МГц, и с заземлением 2 – 2, 51 МГц, при коэффициенте замедления волны, равном 0, 81. Коэффициент замедления волны может зависеть как от частоты, так и от того, находится провод в катушке, или в свободном состоянии, поэтому определённо назвать его значение очень затруднительно.

Факт остаётся фактом:

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.

№ п/п	Вариант исполнения	Перемотано витков сверху	Перемотано витков снизу	Резонансная частота, МГц	Примечание
1	2	3	4	5	6
Катушка 1 – 73 витка проводом сечением 1, 5 мм2 на каркасе D = 5 см
1	Исходный	0	0	9, 6	L = 62 мкГн
2	Вариант 1	5	0	10, 2	L = 64 мкГн
3	Вариант 2	10	0	11, 5	L = 70 мкГн
4	Вариант 3	15	0	12, 0	L = 78 мкГн
5	Вариант 4	0	5	9, 0	L = 64 мкГн
6	Вариант 5	0	10	6, 0	L = 70 мкГн
7	Вариант 6	0	15	4, 2	L = 78 мкГн
8	Вариант 7 (1-й Капа)	15	15	4, 1	L = 91 мкГн
9	Вариант 8 (2-й Капа)	15в + 15н	0	1, 8	L = 91 мкГн

 

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.

№ п/п	Сопротивление нагрузки, Ом	Амплитуда тока в нагрузке, А	Амплитуда напряжения, В	Энергия в первом периоде, Дж	Вид осциллограммы	Примечание
1	2	3	4	5	6	7
Катушка 1 – 73 витка проводом сечением 1, 5 мм2 на каркасе D = 5 см
1	24	0, 2	4, 8	0, 11*10-6
2	48	0, 2	9, 6	0, 23*10-6	Не изменился
3	96	0, 2	19, 2	0, 46*10-6	Не изменился
4	164	0, 2	32, 8	0, 78*10-6	Не изменился
5	300	0, 2	60	1, 4*10-6	Очень слабое затухание
6	600	0, 2	120	2, 9*10-6	Слабое затухание
7	1200	0, 14	240	-	Изменение формы

 

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:

 

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: