Научно-исследовательский сайт Вячеслава Горчилина
2019-01-17
Все заметки
2. Опыты по определению электродинамической индукции
В предыдущей части этой работы мы представили наиболее общий подход по неклассической теме — электродинамическая индукция (ЭДИ). Здесь мы рассмотрим датчик, с помощью которого можно её довольно успешно фиксировать и проведём на этой базе несколько экспериментов.
Датчик представляет собой усовершенствованный вариант индикатора второго магнитного поля, который полностью повторяет его работу, но куда добавлены несколько элементов для дополнительных исследований: R12 — переменное сопротивление для внешней регулировки чувствительности, SW1 — переключатель, который может подключить или отключать катушку L1, XS2 — разъём, к которому подключается внешняя антенна (рис. 3).
Принципиальная схема датчика электродинамической индукции и вариант её практической реализации
Рис.3. Принципиальная схема датчика ЭДИ и вариант её практической реализации
Повторим состав элементной базы и некоторые новые нюансы в разработке и настройке датчика.
Детали
Катушка L1 — представляет собой броневой ферритовый сердечник с внешним диаметром 22-26 мм, состоящий из двух половинок (чашек), в средину которого вставляется каркас катушки. На этот каркас наматывается 100 витков медного провода диаметром 0.1-0.15 мм в лаковой изоляции. Для усиления чувствительности датчика, между двух половинок его сердечника необходимо сделать зазор около 0.1-0.5 мм. Максимальная чувствительность датчика, при включённой катушке L1, достигается при оптимальном зазоре между чашками сердечника.
Перечень остальных элементов схемы:
  • DA1 — сдвоенный операционный усилитель LM358. Замена на другие ОУ не допускается;
  • DA2 — измеритель уровня сигнала KA2284;
  • VD1..VD5 — светодиоды синего или красного цвета свечения на 1.5-3В;
  • C1..C3 — керамические конденсаторы с допустимым отклонением в 10%;
  • R1..R11 — резисторы на 0.065-0.125Вт с допустимым отклонением в 5%;
  • R12 — переменный резистор, который должен быть вынесен наружу корпуса;
  • SW1 — любой малогабаритный переключатель, который также должен быть вынесен наружу;
  • XS2 — любое внешнее гнездо; важно, чтобы к нему подходил штеккер, к которому подпаивается антенна — кусок проволоки длиной 0.5м.
Настройка
Вначале, подстроечным резистором R9 устанавливается динамический диапазон работы датчика. Необходимо добиться, чтобы при отсутсвии сигнала на его входе ни один светодиод не светился, а при максимальном сигнале — светились все 5 светодиодов (VD1-VD5). Сигнал можно взять от катушек второго магнитного поля, либо путём поднесения наэлектризованной эбонитовой палочки (см. ниже эксперименты).
Подстроечный резистор R2 должен находиться в среднем положении, но при желании с его помощью можно смещать среднюю точку, чем регулируется крутизна порога срабатывания. Резистором R4 выставляется диапазон регулировки чувствительности по вашему усмотрению. Важно, чтобы при максимальной чувствительности светодиод VD1 начинал светиться.
Эксперименты
Для проведения экспериментов нам понадобиться датчик SN1, который описан выше и эбонитовая палочка. В крайнем случае, вместо неё подойдёт пластмассовая ручка или расчёска, но эффекты при этом будут проявляться слабее. Во всех трёх опытах нужно будет наэлектризовывать палочку и проводить ею мимо датчика.
Рис.4. Схемы трёх экспериментов с датчиком ЭДИ
Опыт №1 (рисунок 4a). Ключ SW1 разомкнут, антенна к разъёму XS2 не подключена. Палочкой проводим рядом с катушкой L1. Чем быстрее мы это делаем тем ярче светиться первый светодиод VD1 или — тем больше светодиодов зажигается в линейке VD1-VD5. Причём датчик реагирует не на само электрической поле, а только на изменение. Если исходиться из предположения о том, что dE/dt порождает не только первое, но и второе магнитное поле, то становится понятна реакция датчика.
Опыт №2 (рисунок 4b). Ключ SW1 разомкнут, антенна AN1 подключена к разъёму XS2; она представляет собой кусок медного провода длиной 0.5м. Палочкой проводим рядом с антенной и также как в первом опыте наболюдаем, что чем быстрее мы это делаем тем лучше реагирует датчик. Здесь также — датчик реагирует только на изменение электрического поля. В этом опыте можно предположить, что реакция на dE/dt происходит за счёт инерции тока в катушке L1, поэтому для устранения этой неопределённости проведём третий опыт.
Опыт №3 (рисунок 4c). Ключ SW1 замкнут (катушка L1 в опыте не участвует), антенна AN1 подключена к разъёму XS2. Сейчас в схеме (рис. 3) не остаётся цепей, которые бы реагировали только на изменение во времени входных параметров, реакция может быть только на абсолютные значения. Но и здесь мы наблюдаем всё те же эффекты — реагирование на изменения поля и на скорость такого изменения. На самом деле, при поднесении палочки к датчику, на антенне AN1 появляется индуцированный заряд, который со временем рассасывается по цепочкам R1-R5. Пока этот заряд не рассосался, датчик реагирует на абсолютное значение потенциала на антенне.
 
1 2 3