Науково-дослідний сайт В'ячеслава Горчіліна
2019-01-11
Всі статті/Експерименти
Експеримент Тесла з U-подібної шиною на сучасній елементній базі
Добре відомий досвід Ніколи Тесла з лампочкою і U-образної мідною шиною, яка підключається через розрядник до конденсатора і джерела високої напруги. Якщо в такій схемі лампочку підключити до відносно віддалених один від одного ділянках шини, то вона буде світитися. Опыт Н. Тесла с U-образной медной шиной и лампочкой Такий результат можна було б пояснити на рівні електродинаміки, якби розрядник працював стабільно і з досить високою частотою. Можна прикинути, що при реальних розмірах шини, частота переривань розрядника повинна бути не менше 500 МГц, але як відомо, максимальні частоти розрядників обчислюються лише килогерцами.
Також, можна припустити і другий варіант, при якому частота розрядника менше, а тривалість самого розряду становить порядку 1 нс. Але в цьому випадку, навіть якщо взяти досить велику для розрядника частоту — 10 кГц, шпаруватість імпульсів вийде близько 100'000! Це означає, що для лампочки в 10 Вт імпульсна потужність розрядника повинна скласти близько 1 МВт, а реактивна у конденсатора — 1000 кВАр. Як відомо, необхідний результат виходить при значно (на порядки) менших значеннях. Отже, пояснити результати цього експерименту тільки за допомогою класичної фізики неможливо.
У цій замітці ми повторимо цей знаменитий досвід, але на доступній і сучасній елементній базі. Також, підемо трохи далі і подивимося, що буде відбуватися зі світною лампочкою, якщо шину розірвати, а в розрив встановити конденсатор.
Для цього нам знадобиться генератор наносекундних імпульсів, індикатор, бифилярная котушка, товста мідний дріт або шина і дві напрямні рейки з будь-якого струмопровідного матеріалу.
Повторение эксперимента Тесла с U-образной медной шиной и лампочкой. Схема опыта
Як GG1 ми застосуємо генератора високовольтних імпульсів, в якому, як нагрзузки, будемо використовувати бифилярную котушку (L2 за схемою, наприклад, таку. Це включення дозволяє отримати на виході досить коротких, близько 140 нс, імпульсів з амплітудою 500-800, яка залежить від напруги живлення подається на генератор.
Зверху L2 розташовується один або кілька витків товстого мідного дроту або шини перерізом 3-5 кв. мм. До них приєднуються дві напрямні рейки з струмопровідного матеріалу, уздовж яких може переміщатися індикатор IN1. Це можуть бути металеві трубки, швелери або просто оголені товсті дроти. На другому кінці вони повинні бути з'єднані між собою перемичкою — для першого досвіду або з'єднані через конденсатор Cp — для другого.
Схема индикатора для исследования U-образной шины
Індикатор IN1 представляє з себе діодний міст VD1, до виходу якого підключений одне-трьох ватний світлодіод HL1. Вхід мосту підключається до напрямних рейок замість лампочки (як було в досвіді Тесла). Діоди для мосту потрібно вибирати високовольтні та високочастотні, наприклад UF4007, а світлодіод можна застосувати такий . Для отримання результатів експерименту, цей індикатор потрібно буде переміщати уздовж напрямних рейок. В залежності від положення яскравість його світіння буде змінюватися.
Як IN1 також можна застосувати малопотужну лампочку розжарювання. Наприклад, у автора добре працювала лампочка на 26В 0.12 А й автомобільна — 12В 5Вт.
Потужність споживання генератора GG1 вибирається в залежності від яскравості світіння індикатора і становить 4-7 Вт.
Досвід №1
Це повторення класичного досвіду Тесли. У ньому кінці напрямних рейок закорочені перемичкою. Переміщаючи індикатор уздовж рейок ми можемо спостерігати його світіння, яскравість якого почне зменшуватися по мірі наближення до перемички.
Досвід №2
У ньому кінці напрямних рейок закорочені конденсатором Cp. Незалежно від типу застосовуваного конденсатора — індуктивний або безиндуктивный — яскравість свічення індикатора практично не змінюється при переміщенні по всій довжині рейок. Навіть при його підключенні безпосередньо до висновків конденсатора Cp, яскравість світіння залишається первісної. Для проведення досвіду застосовувалися конденсатори наступних марок: К78-28, КВІ-3-16кВ, ФГТ-І-15кВ та інші. Ємність варіювалася від 1 нФ до 100 нФ, яка для імпульсів тривалістю 140 нс являє коротке замикання або ж — аналог перемички. Результати цього досвіду також не можуть бути пояснені класичною електродинамікою в повному обсязі.