2024-09-17
Свободные колебания в безындуктивной катушке
В общем-то, этот эксперимент является продолжением опытов с катушкой индуктивности, где был впервые выявлен такой феномен.
Но, в отличие от него, здесь мы попытались выделить первое, самое важное, на наш взгляд, колебание в серии затухающих колебаний.
Суть эксперимента следующая: безиндукционная катушка возбуждается коротким импульсом, после чего в ней возникает ряд колебаний, амплитуда которых неравномерно распределена по её длине.
Первое колебание почти не зависит от места на катушке, тогда как амплитуда затухающих колебаний зависит от точки расположения измерительного щупа.
Смотрим следующее видео.
Видео 1. Распределение колебаний по длине безындуктивной катушки
На видео показана исследуемая катушка и щуп осциллографа, который экспериментатор водит вдоль неё.
На осциллографе, при этом, видны показания электрического поля вокруг катушки.
Причём, вверху катушки отчётливо видны классические затухающие колебания, а внизу — одиночный импульс.
Генератор подключается снизу, а две обмотки катушки замыкаются вверху, образуя два встречно включённых индуктивных контура.
Кроме того, что основное (первое) колебание одинаково в любом месте на катушке, оно обладает ещё рядом свойств.
1) Первое колебание однополярно.
Если двигать щуп осциллографа к верхнему концу катушки, то к основному колебанию просто прибавляются затухающие колебания, распологающиеся вверху.
2) Первое колебание не зависит от ферромагнитных параметров катушки.
При введении ферромагнитного сердечника, амплитуда и длительность основного колебания не меняются.
А вот частота затухающих колебаний меняется от вводимого в катушку сердечника, как и положено по классике.
Далее, рассмотрим схему эксперимента подробнее.
Для него выберем следующий генератор на биполярном транзисторе, который на следующей схеме обозначен, как GG1 (рис.1).
Катушка L1 наматывается на любом каркасе, 40 миллииметра в диаметре (или более), двойным проводом, два конца которого соединяются потом вместе.
В сумме должна получиться катушка, не имеющая индуктивность.
Конечно же, идеально сделать такую конструкцию не получится, но будет достаточно, если её намотка будет содержать 50 или более витков, причём мотать можно в два слоя (как у автора).
Диаметр провода не особо важен, но чтобы уменьшить потери на сопротивление, и тем чуть улучшить эффект, мотайте проводником потолще.
Положение катушки L1 на схеме указано такое же, как и на Видео 1.
Рис.1. Принципиальная схема эксперимента с безындуктивной катушкой
|
В таком включении, вверху катушки L1 (по схеме) будут наблюдаться затухающие колебания, а внизу — основное колебание.
Если катушку L1.1 и L1.2 соединить последовательно, то в ней появится индуктивность, распределение колебаний станет классическим, а сам эффект исчезнет.
Длительность первого импульса должна быть 100 нс или менее.
Предложенный ранее генератор выполняет это условие.
Если же применить генератор с ключом, например такой,
то для безындуктивных катушек он выдаст импульсы более 200 нс, что не подходит для нашего эксперимента.
Хотя даже с таким генератором эффект будет наблюдаться, но очень размыто, а положение основного импульса, когда тот наблюдается отчётливо, может сместиться за начало катушки (низ по схеме).
Передающие свойства безындуктивной катушки
Если намотать приёмную катушку L2 и подключить к ней светодиод D1, то можно убедиться, что уровень свечение D1 не зависит от угла взаимного расположения L2 относительно передающей L1.
Это свойство математически оформлено здесь, а в данном эксперименте показано на практике (рис. 2).
L2 может быть намотана на таком же каркасе, как и L1, и содержать 30-80 витков провода с любым подходящим для вас диаметром.
Рис.2. Безындуктивная катушка излучает два магнитных поля
|
Если применить супер яркий светодиод, то при напряжении на GG1 в 14 вольт, можно добиться свечения D1 на расстоянии в 100-150 мм, независимо от угла взаимного расположения L2 относительно L1.
Это говорит нам об излучении катушкой L1 как первого (классического), так и второго магнитного поля.