Научно-исследовательский сайт Вячеслава Горчилина
2020-02-07
Все заметки / Эксперименты
Простой метод обнаружения тока смещения в конденсаторе
Несмотря на бурное развитие радиоэлектроники и электротехники, о токах смещения до сих пор известно очень мало [1], и в основном это теоретические выводы из уравнений Максвелла. Во многом это связано с трудностями постановки опытов по его обнаружению, поэтому на данный момент таких исследований крайне мало [2-4]. В данном эксперименте мы ещё раз практически подтвердим существование тока смещения и сделаем ещё один шаг к реализации пока теоретически разработанной импульсной технологии.
Автору удалось поставить эксперимент и получить доказательство тока смещения при помощи довольно простого устройства, состоящего из конденсатора ФГТ-И [5] и намотанной на неё катушки (рис. 2-3), которое мы далее назовём катушко-конденсатором, а на схеме (рис. 1) обозначим CL1. На этом рисунке представлена схема предлагаемого для повторения опыта, где генератор коротких импульсов GG1 периодически замыкает цепь нагрузки, состоящую из катушко-конденсатора CL1 и, в зависимости от опыта, параллельно ей включённый резистор R1 или дроссель L1. У CL1, кроме стандартных конденсаторных выводов, есть ещё два вывода с намотанной на него катушки, которые подключаются к диодному мосту, а он — к свтодиодной матрице HL1, расчитанной на напряжение в 12 В. По цепи питания установлен сглаживающий конденсатор C1, а в разрыв плюсового провода установлен амперметр постоянного тока I1.
Рис.1. Схема опыта по обнаружению тока смещения в конденсаторе
При достаточно коротких импульсах от GG1, матрица HL1 устойчиво светилась. У автора длительность импульсов, при которых наблюдался этот эффект, составляла примерно 140 нс, а при увеличении этого значения матрица гасла, несмотря на то, что ток питания схемы, контролируемый амперметром I1, увеличивался. Очень интересным также оказался тот факт, что нагрузка в виде матрицы (да и любая другая, вплоть до полного замыкания) никак не влияла на ток потребления!
При этом, эффект наблюдался при разных типах нагрузки. На рисунке (1a), параллельно CL1 включен обычный резистор, а на рисунке (1b) — дроссель. Эффективнее, конечно, оказался второй вариант.
Детали и настройка
Главная деталь этого эксперимента — катушко-конденсатор. Он делается очень просто: на фарфоровый диэлектрик конденсатора ФГТ-И наматывается 14-16 витков изолированного провода диаметром жилы 0.8-1.2 мм (рис. 3), выводы которых далее подлючаются к диодному мосту VD1. У автора это был конденсатор на 10 нФ и 15 кВ, но можно выбрать и любой другой подобный [5].
Рис.2. ФГТ-И, 10 нФ, 15 кВ
Рис.3. Катушко-конденсатор CL1
Дроссель L1 должен быть обязательно с низкой проходной ёмкостью. Его можно сделать на ферритовом кольце проницаемостью 1000НМ и выше, намотав на него 10-15 витков изолированного провода диаметром 0.2-0.4 мм. Важно, чтобы витки наматывались один к одному, без перехлёстов. Вся намотка должна разместиться в один слой.
Диодный мост VD1 должен состоять из четырёх быстрых высоковольтных диодов, например UF4007, а светодиодная матрица — с параметрами 12 В и 10 Вт, либо подобная ей.
Генератор должен отдавать короткие импульсы длительностью порядка 140 нс, а частота их следования может колебаться от 40 до 150 кГц в зависимости от нагрузки. Длительность, а также частоту, необходимо будет подобрать индивидуально, под максимум свечения светодиодной матрицы. Очень важным здесь является выходной ключ этого генератора, который должен быть достаточно быстродействующий. У автора предлагаемый здесь эффект хорошо и устойчиво наблюдался только с транзистором TF27S60 (AOTF27S60).
Выводы
Одно из предположений, которое совершенно справедливо может возникнуть у читателей, состоит в том, что провод, намотанный на диэлектрик конденсатора, представляет собой эквивалент проходящего параллельно оси конденсатора проводника, на который может наводиться магнитное поле. Т.е. по сути — являться обычным трансформатором. Для проверки этого предположения автором был проведён ещё один дополнительный опыт, в котором на диэлектрик конденсатора был надет незамкнутый виток из медной фольги, к двум противоположным (вдоль оси) концам которого подключался маломощный светодиод на 1.5 В. Таким образом проверялся эквивалент проводника, проходящего параллельно оси конденсатора. Свечение светодиода не наблюдалось ни при каких значениях длительности импульса или частоты. Также, специально повышалось напряжения источника питания. Результат был всё время отрицательный. Следовательно, версия о трансформаторе, если и имеет место быть, то в самой незначительной, и не принципиальной для данного эксперимента, мере.
Следующим аргументом в пользу обнаружения тока смещения служит и тот факт, что при увеличении длительности импульса от GG1 весь эффект исчезает и HL1 перестаёт светиться.
Как считает автор, главным аргументом, который доказывает фиксацию именно тока смещения, всё же является отсутствие реакции первичной цепи на вторичную. А именно, даже при полном замыкании входа или выхода диодного моста VD1, на потреблении схемы, которое контролируется амперметром I1, это никак не сказывается.
Используемые материалы
  1. Википедия. Ток смещения.
  2. Эксперименты по обнаружению и изучению токов смещения в вакууме.
  3. В.С. Гудыменко, В.И. Пискунов. Экспериментальная проверка существования магнитного поля, создаваемого токами смещения конденсатора.
  4. Задорожный В.Н. Ток смещения и его магнитное поле.
  5. Конденсатор ФГТ-И.