Научно-исследовательский сайт Вячеслава Горчилина
2019-01-11
Все заметки
Эксперимент Тесла с U-образной шиной на современной элементной базе
Хорошо известен опыт Николы Тесла с лампочкой и U-образной медной шиной, которая подключается через разрядник к конденсатору и источнику высокого напряжения. Если в такой схеме лампочку подключить к относительно удалённым друг от друга участкам шины, то она будет светиться. Опыт Н. Тесла с U-образной медной шиной и лампочкой Такой результат можно было бы объяснить на уровне электродинамики, если бы разрядник работал стабильно и с достаточно высокой частотой. Можно прикинуть, что при реальных размерах шины, частота прерываний разрядника должна быть не менее 500 МГц, но как известно, максимальные частоты разрядников исчисляются всего лишь килогерцами.
Также, можно предположить и второй вариант, при котором частота разрядника меньше, а длительность самого разряда составляет порядка 1 нс. Но в этом случае, даже если взять довольно большую для разрядника частоту — 10 кГц, скважность импульсов получится порядка 100'000! Это означает, что для лампочки в 10 Вт импульсная мощность разрядника должна составить около 1 МВт, а реактивная у конденсатора — 1000 кВАр. Как известно, необходимый результат получается при значительно (на порядки) меньших значениях. Следовательно, объяснить результаты этого эксперимента только при помощи классической физики невозможно.
В этой заметке мы повторим этот знаменитый опыт, но на доступной и современной элементной базе. Также, пойдём немного дальше и посмотрим, что будет происходить со светящейся лампочкой, если шину разорвать, а в разрыв установить конденсатор.
Для этого нам понадобится генератор наносекундных импульсов, индикатор, бифилярная катушка, толстая медная проволока или шина и две направляющие рейки из любого токопроводящего материала.
Повторение эксперимента Тесла с U-образной медной шиной и лампочкой. Схема опыта
В качестве GG1 мы применим генератора высоковольтных импульсов, в котором, в качестве нагрзузки, будем использовать бифилярную катушку (L2 по схеме), например такую. Это включение позволяет добиться на выходе достаточно коротких, порядка 140 нс, импульсов с амплитудой 500-800 В, которая зависит от напряжения питания подаваемого на генератор.
Сверху L2 располагается один или несколько витков медного толстого провода или шины сечением 3-5 кв.мм. К ним подсоединяются две направляющие рейки из токопроводящего материала, вдоль которых может перемещаться индикатор IN1. Это могут быть металлические трубки, швеллеры или просто оголённые толстые провода. На втором конце они должны быть соединены между собой перемычкой — для первого опыта или соединены через конденсатор Cp — для второго.
Схема индикатора для исследования U-образной шины
Индикатор IN1 представляет из себя диодный мост VD1, к выходу которого подключён одно-трёх ваттный светодиод HL1. Вход моста подключается к направляющим рейкам вместо лампочки (как было в опыте Тесла). Диоды для моста нужно выбирать высоковольтные и высокочастотные, например UF4007, а светодиод можно применить такой . Для получения результатов эксперимента, этот индикатор нужно будет перемещать вдоль направляющих реек. В зависимости от положения яркость его свечения будет меняться.
В качестве IN1 также можно применить маломощную лампочку накаливания. Например, у автора хорошо работала лампочка на 26В 0.12А и автомобильная — 12В 5Вт.
Мощность потребления генератора GG1 выбирается в зависимости от яркости свечения индикатора и составляет порядка 4-7 Вт.
Опыт №1
Это повторение классического опыта Теслы. В нём концы направляющих реек закорочены перемычкой. Перемещая индикатор вдоль реек мы можем наблюдать его свечение, яркость которого начнёт уменьшаться по мере приближения к перемычке.
Опыт №2
В нём концы направляющих реек закорочены конденсатором Cp. Независимо от типа применяемого конденсатора — индуктивный или безиндуктивный — яркость свечения индикатора практически не меняется при перемещении по всей длине реек. Даже при его подключении непосредственно к выводам конденсатора Cp, яркость свечения остаётся первоначальной. Для проведения опыта применялись конденсаторы следующих марок: К78-28, КВИ-3-16кВ, ФГТ-И-15кВ и другие. Ёмкость варьировалась от 1 нФ до 100 нФ, которая для импульсов длительностью в 140 нс представляет короткое замыкание или же — аналог перемычки. Результаты этого опыта также не могут быть объяснены классической электродинамикой в полном объёме.

© Горчилин Вячеслав, 2019 г.
* Перепечатка статьи возможна с условием установки ссылки на этот сайт и соблюдением авторских прав