Научно-исследовательский сайт Вячеслава Горчилина
2024-10-10
Все заметки/Катушка индуктивности
Энергия на замкнутом витке
Это исследование в чём-то напоминает эксперимент Тесла с U-образной шиной, но в отличие от него, мы здесь будем рассматривать энергию, возникающую на поперечном замкнутом витке тороидальной катушки. Из классической электродинамики известно, что вектор магнитного поля \(\vec B\) в тороидальном ферритовом сердечнике, генерируемое намотанным на него проводом с током, будет располагаться по окружности, и только внутри сердечника (рис. 1a). В этом исследовании мы покажем, что для достаточно коротких импульсов на генерирующей обмотке, в сердечнике появляется ещё одно поле, перпендикулярное классическому вихревому, зажжём от него светодиод, располагающийся на замкнутом витке проводника, и сделаем выводы о некоторых свойствах этого поля.
Рис.1. Здесь: a — схема расположения магнитного поля \(\vec B\) в тороидальном сердечнике, b — схема эксперимента, c — подключение светодиода D1 к медной ленте W2 (изображён поперечный разрез сердечника A-A)
Для проведения нашего исследования потребуется тороидальный ферромагнитный сердечник F1 (рис. 1b). У автора таким сердечником служили три ферритовых кольца, сложенных вместе, рамеры каждого из которых 124*78*12 мм, а относительная магнитная проницаемость — 2000 единиц. Из них изготавливается трансформатор T1 следующим образом. На одну сторону сердечника наматывается провод в изоляции 4-6 витков, образуя передающую обмотку W1, к которой подключается генератор импульсов GG1. Автор применил такой генератор, но для этих опытов подойдёт любой другой подобный, с хорошим временем нарастания и спада импульса. Под 90 градусов от W1 сердечник охватывается неизолированным витком медной ленты, замыкается и запаивается в этом месте. Этот виток и будет являться приёмной катушкой W2. Необходимо заметить, что W2 можно расположить и на противоположной от W1 стороне сердечника, но эффект будет проявляться чуть хуже.
Самым ответственным моментом здесь является подключение светодиода D1. В конце концов, он должен засветиться на полностью замкнутом витке, что само по себе будет являться уникальным неклассическим эффектом. Для этого, его выводы нужно припаять к медной ленте так, чтобы места пайки располагались друг от друга как можно дальше (рис. 1c). При таком включении яркость светодиода будет максимальной. Но, как и в эксперименте Тесла, он будет светиться и в других местах подключения к ленте. Фото подключённого таким образом светящегося светодиода можно посмотреть на рисунках 2 и 3. В этих исследованиях автор применил светодиод мощностью в 3 Вт.
Рис.2. Свечение D1 в поперечном магнитном поле
Рис.3. Это же включение, вид снизу
Рис.4. Свечение D1 на замкнутом витке
Необходимо заметить, что КПД такой схемы довольно низкий, а её смысл — в демонстрации пусть и слабого, но совершенно противоречащего официальной электродинамике поля. Для закрепления этого эффекта можно также вместо ленты сделать замкнутый виток из медного провода (автор применил отрезок коаксиального кабеля без оплётки). Если к нему подключить светодиод, то он также будет светиться (рис. 4). Интересно, что подключение таким образом нагрузки, не влияет на ток потребления генератора, что было замеряно точными приборами.
Параметры генератора GG1. Частота следования импульсов 70.3 кГц, что не является какой-то константой. Частота может быть, в принципе, любая. Мощность, подаваемая на генератор GG1 составляла примерно 1 Вт, а напряжение в 20 В, что также не является безусловной величиной. Важно, чтобы форма импульса была примерно такой, как на рисунке 7 (синий луч). В заявленном генераторе это достигается при помощи регулировки длительности импульсов резистором R1.
Для того, чтобы однозначно понимать, что это другой вид поля, обладающий отличной от классического вихревого поля закономерностью, автор подключил вместо светодиода осциллограф OS1. Но на первой осциллограмме (рис. 5) представлены импульсы на катушке W1, измерянные непосредственно на ней высоковольтным щупом.
Вторая осциллограмма располагается на рисунке 6. Для измерения тока, текущего через W1, схема, по плюсу питания, подсоединялась через низкоомное сопротивление в 0.9 Ом. Щуп жёлтого луча подсоединялся к этому сопротивлению. Это ток мы будем использовать и в последующих осциллограммах. Щуп синего луча подсоединяется к витку провода, надетого на сердечник с тем, чтобы проверить импульс напряжения на классической вторичной обмотке. Как мы видим, форма имульса этого напряжения почти не отличается от формы импульса тока, а значит — и магнитного поля в сердечнике F1 (рис. 1b).
Третья осциллограмма располагается на рисунке 7. Дальнейшие измерения щупом непосредствено на катушке W1 сильно смазывали картину происходящих в схеме процессов, поэтому щуп (синий луч) цеплялся через изолятор на провод от генератора GG1. Другой щуп (жёлтый луч) показывает ток через W1. Как мы видим, форма имульса напряжения почти не отличается от формы импульса тока, а значит — и магнитного поля в сердечнике F1 (рис. 1b). К слову, такое положение вещей возникает при резонансе второго рода.
Рис.5. Импульсы напряжения на катушке W1
Рис.6. Импульс напряжения на витке провода (синий луч), и ток через W1 (жёлтый луч)
Рис.7. Импульс напряжения на W1 (синий луч), и ток через W1 (жёлтый луч)
Рис.8. Импульс тока через W1 (жёлтый луч), и напряжение на витке W2 без светодиода (синий луч)
Следует обратить особое внимание на четвёртую осциллограмму (рис. 8). Там показан известный уже импульс тока через W1, измерянный на низкоомном сопротивлении (жёлтый луч), который определяет магнитное поле \(B\) в сердечнике, и реакцию на изменение этого поля в приёмной катушке W2, измерянную при отключённом светодиоде (синий луч). Закономерность здесь прослеживается следующая: \[ U_2 \sim {d B \over d t} \sim {d U_1 \over d t} \tag{1}\] где \(U_1\) — амплитуда сигнала на катушке W1, \(U_2\) — амплитуда сигнала на катушке W2, а \(t\) — время. Другими словами, сигнал на приёмной катушке пропорционален изменению вихревого магнитного поля в сердечнике. Также, сигнал на W2 пропорционален изменению напряжения на W1. Для сравнения нужно сказать, что в классическом ненагруженном трансформаторе закономерность (1) выглядела бы так: \[ U_2 \sim U_1 \tag{2}\] То есть, напряжение на приёмной катушке W2 было бы пропорционально напряжению на передающей W1.
Выходной ключ с конденсатором
Рис.9. Выходной ключ генератора GG1 с конденсатором C1
Рис.10. Осциллограмма импульса на W1 с конденсатором C1
Ещё одним подтверждающим фактом того, что напряжение на W2 меняется по закону выражения (1), может стать подключение дополнительного конденсатора C1 параллельно выходному ключу в GG1 (рис. 9). При дополнительных 200 пФ яркость свечения D1 сильно падает, а при ёмкости в 1000 пФ светодиод перестаёт светиться и эффект исчезает. При этом, длительность импульса на W1 меняется с 60 нс до 250 нс, но площадь импульса (рис. 10), и мощность потребление генератора, не меняются. То есть, при увеличении времени нарастания и спада задающего импульса, при той же вкачиваемой в сердечник энергии, «поперечная» энергия обратнопропорционально уменьшается.
Выводы
Благодаря этому эффекту нам удалось зажечь светодиод, который подключается к замкнутому витку, охватывающему ферромагнитный сердечник. Но в случае, если фронт и спад задающего импульса будет иметь большую пологость, то даже при той же передаваемой мощности от генератора, светодиод уменьшает яркость своего свечения вплоть до нуля. Параметры фронта и нарастания задающего импульса здесь играют решающую роль. Отсюда проистекает очевидный путь повышения КПД для такого способа передачи энергии, заключающийся в улучшении параметров задающего импульса и частотных свойств ферромагнитного сердечника.
Исходя из полученных данных можно предположить, что заявленная «поперечная» энергия образуется благодаря второму магнитному (скалярному) полю. Такое поле появляется при изменении вихревого магнитного поля по закону (1) и перпендикулярно ему в направлении силовых магнитных линий.