Науково-дослідний сайт В'ячеслава Горчіліна
2019-04-01
Всі статті
Заряджений високовольтний конденсатор і атмосферну електрику
Ця замітка — продовження серії дослідів з зарядженим високовольтним конденсатором. Тут ми вдосконалимо один з них і доведемо його схемотехніку до робочого пристрою. У цих дослідах мова йде про використання енергії атмосферної електрики і його утилізації — за рахунок створення додаткового потенціалу. Необхідно нагадати, що під атмосферним електрикою ми тут будемо розуміти не тільки електричне поле на поверхні Землі, але і її заряд — це дуже важливий пункт для розуміння принципу роботи наступних схем. Також, ми маємо на увазі, що завжди заряджений конденсатор C1 (див. рис. 2). Його конструкцію і спосіб зарядки ми обговорювали в попередній частині.
Схема опыта и схема установки с использованием атмосферного электричества
Рис.2. Схема досвіду та схема установки з використанням атмосферного електрики
Давайте перерисуем схему на рис. 1c так, щоб провід заземлення, який по черзі підносився оператором до пластин конденсатора, тепер підключався так само, але вже за допомогою контактів ключа SW1 (рис. 2a). Ми як і раніше будемо отримувати іскрові розряди між контактами цього ключа.

Нагадаємо, що плюс на схемі, поряд з умовним позначенням конденсатора C1, означає полярність заряду його обкладок.

Цей ефект можна вдосконалити підключивши до негативної обкладки C1 первинну обмотку высоковольного трансформатора TV1. Другий висновок цієї обмотки з'єднаємо з відокремленому ємністю Cs, яка може представляти із себе куля або торроид (рис. 2b). Тоді, при нижньому за схемою положенні контакту ключа SW1, Cs зарядиться негативно щодо землі і буде притягувати до себе позитивно заряджені частинки атмосфери з одного боку, а негативні заряди через ланцюг первинної обмотки TV1 і C1 — з іншого. При цьому, на вторинній обмотці TV1 виникне короткий імпульс, який пройде через навантаження Rn у вигляді імпульсу струму.

Для дослідів, в якості навантаження можна підключити два зустрічно включених потужних світлодіода. Вони будуть візуально сигналізувати про процеси, які відбуваються.

Коли ж контакт ключа SW1 перейде у верхнє положення, то окрема ємність стане разяжаться через первинну обмотку TV1, знову даючи імпульс у вторинну. Після цього заряд Cs стане нейтральним щодо атмосфери і землі. Потім контакт ключа SW1 перейде в нижнє положення і цикл знову повториться.
Як TV1 ідеально підходить трансформатор Тесла (ТТ), але підійде і будь-який інший високовольтний трансформатор. Тут дуже важлива хороша ізоляція між первинною і вторинною обмотками. До речі, на схемі вони відображаються не зовсім звичним способом: первинна — високовольтна, а вторинна — низьковольтна, що цілком відповідає логіці процесів. А ТТ тут працює як би навпаки: потенціал подається на його високовольтну частину, а з низьковольтної — знімається.
Підвищуємо частоту
Яка ж буде оптимальна частота перемикань ключа SW1 і можна підвищити потенціал на відокремленій ємності, тим самим ще більше притягуючи вільні атмосферні заряди? Одночасно — відповісти на запитання і виконати цю умову може класичний ТТ, якщо частота перключения SW1 буде дорівнює резонансній частоті трансформатора. Тоді, за рахунок хвильових процесів ми зможемо отримати на його гарячому кінці (верхньому по схемі) підвищений потенціал. До речі, за рахунок цього можна знизити напругу на конденсаторі C1. У автора виходила робота пристрою при напрузі всього у 3кВ. На даному етапі це складно оцінити, але швидше за все при цьому зменшиться і ефективність захоплення атмосферних зарядів.

Розрахувати трансформатор Тесли і відокремлене ємність можна в спеціалізованому калькуляторі.

Безумовно, конденсатор C1 буде з часом розряджатися. Підтримувати його заряд в актуальному стані можна за допомогою високовольтного перетворювача BV1 і діода VD1 (рис. 2c). Блок BV1, через ключ SW2, періодично підключається до джерела живлення GB1 і заряджає через діод цей конденсатор. Це і будуть енергетичні затрати на роботу установки. Принцип її дії можна порівняти з тепловим компресором, який за допомогою своїх зовнішніх радіаторів збирає навколишній низькопотенційне тепло, концентрує і направляє його потім в потрібному напрямку.
Таким чином, на останньому малюнку ми отримали схему цілком робочого пристрою. Єдине, що ми тут не обговорюємо детально — як організувати перемикання контактів SW1, які ключі використовувати і як ними управляти. Розробку цього блоку ми залишаємо нашим читачам.
При проведенні дослідів або створення робочого прототипу необхідно обов'язкове виконання деяких вимог.
  • Вторинна обмотка TV1 повинна бути добре ізольована від первинної і утворювати з нею, по можливості, мінімальну ємність. Якщо цього трансформатора використовується класичний ТТ, то в ньому всі ці вимоги вже враховані.
  • Ланцюг, утворена C1 і VD1, повинна мати дуже хорошу розв'язку з землею. Те ж відноситься і до ланцюга пов'язаної з GB1, SW2 і входом BV1.
  • Між входом і виходом BV1 також повинна бути хороша гальванічна розв'язка, причому тут вона повинна бути навіть краще, ніж у попередньому пункті.
  • У постійно діючому обладнанні обов'язково повинна бути встановлена захист від атмосферних розрядів.
Також не можна забувати про втрати, які будуть виникати в основному за рахунок витоків через гострі вигини проводів і контактів, і через можливі нерівності на поверхні відокремленій ємності. Тому тут повністю застосовні правила для монтажу СВЧ-апаратури.
 
Використовувані матеріали
  1. Вікіпедія. Трансформатор Тесли.