Инструкция для желающих потрогать феррорезонанс «руками».

Для успешных испытаний нужен трансформатор с быстро разбираемым железом марки ОСД или ему подобные мощностью 100…300Вт. Подходят от старых ламповых телевизоров. Удобны в работе трансы стержневого типа (две обмотки на разных стержнях). Разобранный транс мощностью 150Вт такого типа удобен в быстрой смене катушек на новые или перемотке старых. Но и трансы броневого типа дадут такой же результат. Для приведенного описания взят транс 150Вт сердечник стержневого типа, на котором по обе стороны две катушки. Левая половина сетевой обмотки 130В (сопротивлением 7.7 Ома, диаметр провода 0.5 мм сечение 0.2 мм.кв индуктивность 0.2Гн) такая же обмотка с правой стороны использовалась для подключения нагрузки лампы накаливания 220В на 100Вт. Замеряем величину индуктивности резонансной катушки. Прибор любого производителя. Если не известно напряжение обмоток а их много вбирают ту у которой наибольшая индуктивность(будет меньше емкость а значит дешевле). По замеренной индуктивности и рабочей частоте найдем реактивное сопротивление обмотки, а по сопротивлению емкость резонансного конденсатора. Индуктивность 0.2Гн частота 50Гц:

Рис. 1

Можно ставить расчетную емкость, но чтобы попасть в насыщение сердечника емкость увеличивают на 15…20%.(поясню ниже). Теперь мы готовы к сборке схемы:

Рис. 2

Смотрите рис. 2 съем мощности с дросселя. Включаем ЛАТР и, плавно увеличивая напряжение, смотрим на лампу. При входе схемы в резонанс яркость лампы увеличивается скачком. Это контур вошел в резонанс и начал черпать из гравитационного поля земли или по Мельниченко из магнитопровода. Но нам строителям вечняка сейчас по барабану, где он ее черпает. Главное побольше. Теперь можно крутить ЛАТР в сторону уменьшения и лампа будет гореть с постоянным свечением до определенного момента, а потом скачком погаснет. Схема вышла из резонанса. Не спешите искать халяву, поработайте на разных режимах измерьте токи, и напряжения в разных точках попробуете разные емкости. В общем, почувствуйте схему. Но долго работать со схемой не получится, так как дроссель перегревается и дымит. И чем больше насыщение сердечника, тем быстрее нагрев. Трансформатор(дроссель) не рассчитан на работу в резонансном режиме. На форуме Сергей пишет, у него нет нагрева. Давайте прервемся и попробуем разобраться. Построим вольтамперную характеристику (ВАХ) контура. Для этого совместим на одном графике ВАХ дросселя и ВАХ емкости. Подключаем дроссель к ЛАТРу и, меняя напряжение на дросселе и, замеряя ток для каждой точки, строим ВАХ характеристику достаточно 4…6 точек. На практике выглядит так. К ЛАТРу подключают только дроссель и, увеличивая напряжение с шагом 20….30В строят ВАХ. До начала насыщения дроссель работает тихо и токи малы на этом участке характеристика линейна и тут хватит двух точек. При подходе к точке насыщения появляется легкий гул и заметно возрастает ток тут тоже поставить одну точку, далее уверенно гудит, ток растет быстрее напряжения, тут тоже хватит двух трех точек, после все точки соединяем плавной кривой, L на рис. 3.


Рис. 3

По этому графику легко найти величину емкости для резонанса(точка "тр" на рис. 3) или с помощью ЛАТРа построить на этом же графике ВАХ конденсатора, хватит двух точек так как она линейна (50мкФ на рис. 3). По разности напряжений ВАХ дросселя и конденсатора строится результирующая ВАХ резонансного контура (красная кривая на рис. 3) по этой характеристике видно, как на карте, точки входа схемы в резонанс (т.2 рис. 3) и выхода из него (т.3 рис. 3), токи при которых схема работает в резонансе (от т.4 до т.3), короче не проводя глобальных расчетов можно найти любой параметр. На рис. 3 ВАХ для моего транса. Точка "нн" начало насыщения сердечника. Точка "тр" пересечение характеристик катушки и емкости линия резонанса.

При напряжении Uр 85В вход в резонанс скачком из т.2 в т.4 ток при этом подпрыгивает с 0.8 до 3.4А. А дроссель рассчитан на 1А куда идет лишка – в нагрев. То есть для нормальной работы дросселя нужно увеличить сечение провода. Теперь уменьшим емкость резонансного конденсатора до 30мкФ рис. 4.

Рис. 4

ВАХ смещается к началу насыщения сердечника, а скачек тока уменьшается до 2А. При дальнейшем уменьшении емкости система может не войти в резонанс или резонанс будет неустойчив. При увеличении емкости картина будет противоположной (см. график емкость 90мкФ рис. 5).


Научные открытия в области магнетизма.

Научное открытие "Электронный парамагнитный резонанс Завойского".

Формула открытия: "Установлено неизвестное ранее явление квантовых переходов между электронными энергетическими уровнями парамагнитных тел под влиянием переменного магнитного поля резонансной частоты (явление электронного парамагнитного резонанса)".
Е. К. Завойский.
Номер и дата приоритета: № 85 от 12 июля 1944 г.

Описание открытия.
К числу фундаментальных открытий, раскрывающих тайны электрона, по праву относят открытие академиком Е. К. Завойским явления электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Оно было сделано в годы Великой Отечественной войны. В те времена автор открытия был доцентом Казанского государственного университета. В 1944 году он провел важные научные эксперименты, положившие начало новой области науки – радиоспектроскопии и позволившие создать на новом принципе сотни изобретений.
Одна из японских фирм, выпускающая приборы, основанные на использовании электронного парамагнитного резонанса, сделала своей эмблемой ключ, вокруг которого на орбите движется электрон. Открытие советского ученого действительно стало ключом ко многим тайнам природы.

Все металлы в той или иной степени способны намагничиваться. Однако наиболее сильно намагничиваются только четыре чистых металла: железо, никель, кобальт и редкоземельный элемент гадолиний. Хорошо намагничиваются многие сплавы этих металлов: сталь, чугун и др., получившие название ферромагнитных сплавов. Значительно слабее намагничиваются алюминий, титан, хром, марганец, платина. Эти металлы называют парамагнитными. Группа других металлов, в которую входят олово, свинец, медь, серебро, золото, намагничивается очень слабо. К магниту эти металлы не притягиваются, а, наоборот, отталкиваются от него. Они относятся к диамагнетикам. В диамагнитных телах магнитные поля электронов и ядра взаимно погашают друг друга. Но в магнитном поле атомы этих металлов становятся миниатюрными магнитиками, причем северный полюс каждого диамагнитного атома оказывается против северного полюса внешнего магнита, и тело отталкивается от магнита. В парамагнитных и ферромагнитных телах магнитные поля электронов и ядра, складываясь, усиливают друг друга.

Развитие учения о строении атома, появление квантовой теории позволили глубже понять природу магнетизма. Стало ясно, что магнитные свойства вещества заложены в мельчайших частицах атома – электронах, протонах, нейтронах. Эти частицы напоминают крошечные намагниченные волчки. Все дело в том, как скомбинированы эти волчки в атомах и молекулах.

И ферромагнетизм и парамагнетизм своим происхождением обязаны главным образом электронам. В железе и подобных ему сильномагнитных телах электроны объединены в большие колонии – домены. Во внешнем магнитном поле все магнитики электронов такой колонии, как по команде, выстраиваются одинаково, т. е. их действия суммируются, поэтому тело сильно намагничивается. В парамагнетиках электроны гораздо менее "дисциплинированы". Они более связаны с окружающими их атомами и молекулами, поэтому такие тела намагничиваются меньше. Однако, хотя их реакция на внешнее магнитное поле слабее, именно по ней приходится определять строение и состав вещества.

– это отклик магнитных атомов, молекул или электронов на радиоволны. Он имеет резонансный характер. Резонанс возникает, когда частота радиоволны совпадает с частотой вращения магнитного момента атома. Последняя зависит от силы внешнего магнитного поля и от электрических и магнитных микрополей в самом веществе. Поэтому, меняя силу поля, нетрудно создать условия для парамагнитного резонанса. Тело начнет сильно поглощать, преломлять и отражать радиоволны. Наблюдая любое из этих явлений, легко установить присутствие в нем даже ничтожного количества магнитных частиц и, самое главное, определить тончайшие особенности структуры микрополей внутри вещества, что невозможно сделать другими физическими методами. Благодаря этому ЭПР широко используется в физике твердого тела, ядерной физике, химии (для изучения обширного класса веществ, называемых радикалами), биологии, медицине, технике.

В последние годы ЭПР нашел применение в дальней космической связи и астрофизике. Так, с помощью квантовых усилителей радиоизлучения (мазеров), использующих ЭПР, действуют линии связи с космическими станциями, работают гигантские радиоастрономические интерферометры, служащие для изучения звездных источников радиоизлучения. На ЭПР основаны поиск и технологическая проверка веществ, составляющих основу квантовых генераторов и усилителей. Испытание активного вещества квантового генератора с помощью ЭПР позволяет заранее определить пригодность его для работы.

По утверждению Теслы, год, проведенный им в Питсбурге, был потерян для исследовательских работ в области многофазных токов. Возможно, что это утверждение близко к истине, но возможно и то, что именно этот год стал началом дальнейших творческих успехов изобретателя. Дискуссия с инженерами завода Вестингауза не прошла бесследно. Обоснование предложенной им частоты переменного тока в 60 периодов требовало более тщательного анализа экономической эффективности применения как меньших, так и более высоких частот. Научная добросовестность Теслы не позволяла ему оставить этот вопрос без тщательной проверки.

Возвратившись в 1889 году из Европы, он принялся за конструирование генератора переменного тока большой частоты и вскоре создал машину, статор которой состоял из 348 магнитных полюсов. Этот генератор давал возможность получать переменный ток с частотой в 10 тысяч периодов в секунду (10 кГц). Вскоре ему удалось создать и еще более высокочастотный генератор и начать изучение различных явлений при частоте 20 тысяч периодов в секунду.

Исследования показали, что по мере увеличения частоты переменного тока можно значительно уменьшить объем железа в электромагнитных электродвигателях, а начиная с определенной частоты, можно создавать электромагниты, состоящие из одних только обмоток, вообще без железа в катушках. Двигатели, созданные из таких электромагнитов без железа, были бы чрезвычайно легкими, но во многих других отношениях неэкономичны, и уменьшение затрат металла не окупалось бы из-за значительного увеличения потребления электроэнергии.

Исследуя широкий диапазон частот переменного тока первоначально в пределах, которые могли бы быть применены в многофазной системе (25-200 периодов в секунду), Тесла вскоре перешел к изучению свойств и возможностей практического использования токов повышенных (10-20 тысяч периодов в секунду) и высоких (20-100 тысяч периодов в секунду) частот. Для получения значительно большего числа периодов и значительно более высоких напряжений, чем это могло быть достигнуто созданными им генераторами токов высокой частоты, необходимо было найти и опереться на иные принципы. Хорошо знакомый с мировой литературой по электрофизике и электротехнике, Тесла изучил работу знаменитого американского физика Джозефа Генри, высказавшего еще в 1842 году предположение, что при некоторых электрических разрядах (в том числе и разряде лейденской банки) имеются не только "главные разряды", но и встречные, причем каждый последующий несколько слабее предыдущего. Так было впервые замечено существование затухающего двухстороннего электрического разряда.

Тесла знал и о том, что спустя одиннадцать лет после Генри английский физик лорд Кельвин экспериментально доказал, что электрический разряд конденсатора есть процесс двухсторонний, продолжающийся до тех пор, пока энергия его не будет израсходована на преодоление сопротивления среды. Частота этого двухстороннего процесса достигает 100 миллионов колебаний в секунду. Искра между шариками разрядника, кажущаяся однородной, в действительности состоит из нескольких миллионов искр, проходящих в короткий промежуток времени в обе стороны.

Кельвин дал математическое выражение процесса двухстороннего разряда конденсатора. Позднее Феддерсон, Шиллер, Кирхгоф, Гельмгольц и другие исследователи не только проверили правильность этого математического выражения, но и значительно дополнили теорию электрического разряда. Знаком был Тесла и с работами Антона Обербанка, наблюдавшего явление электрического резонанса, то есть процесс резкого возрастания амплитуды (размаха) колебаний при приближении частоты внешнего колебания к частоте собственные внутренних колебаний системы.

Хорошо известны были ему и опыты Герца и Лоджа, занимавшихся изучением электромагнитных волн. Особенно большое впечатление на Теслу произвели эксперименты Генриха Герца, подтвердившие теоретические предположения Джемса К. Максвелла о волновой природе электромагнитных явлений. Надо заметить, что в работах Герца Тесла впервые нашел указание на явление так называемых "стоячих электромагнитных волн", то есть волн, накладывающихся одна на другую так, что они в одних местах усиливают друг друга, создавая "пучности", а в других уменьшают до нуля, создавая "узлы".

Зная все это, Никола Тесла в 1891 году закончил конструирование прибора, сыгравшего исключительную роль в дальнейшем развитии самых различных отраслей электротехники и особенно радиотехники. Для создания токов высокой частоты и высокого напряжения он решил воспользоваться известным свойством резонанса, то есть явлением резкого возрастания амплитуды собственных колебаний какой-либо системы (механической или электрической) при наложении на них внешних колебаний с той же частотой. На основании этого известного явления Тесла создал свой резонансный трансформатор.

Действие резонансного трансформатора основано на настройке в резонанс его первичного и вторичного контуров. Первичный контур, содержащий как конденсатор, так и индукционную катушку, позволяет получить переменные токи весьма высокого напряжения с частотами в несколько миллионов периодов в секунду. Искра между шариками разрядника вызывает быстрые изменения магнитного поля вокруг первичной катушки вибратора. Эти изменения магнитного поля вызывают возникновение соответствующего высокого напряжения в обмотке вторичной катушки, состоящей из большого числа витков тонкой проволоки, причем частота переменного тока в ней соответственно количеству искровых разрядов достигает нескольких миллионов перемен в секунду.

Наибольшей величины частота достигает в момент, когда периоды первичной и вторичной цепи совпадают, то есть когда наблюдается явление резонанса в этих цепях.

Тесла разработал очень простые методы автоматической зарядки конденсатора от источника тока низкого напряжения и разрядки его через трансформатор с воздушным сердечником. Теоретические расчеты изобретателя показали, что даже при самых незначительных величинах емкости и индукции в созданном им резонансном трансформаторе при соответствующей настройке можно получить путем резонанса весьма высокие напряжения и частоты.

Открытые им в 1890 году принципы электрической настройки резонансного трансформатора и возможность изменять емкость для изменения длины волны электромагнитных колебаний, создаваемых трансформатором, стали одним из наиболее важных оснований радиотехники, а мысли Теслы об огромной роли конденсатора и вообще емкости и самоиндукции в развитии электротехники оправдались.

При создании резонансного трансформатора пришлось решить еще одну практическую задачу: найти изоляцию для катушек сверхвысокого напряжения. Тесла занялся вопросами теории пробоя изоляции и на основании этой теории нашел лучший способ изолировать витки катушек - погружать их в парафиновое, льняное или минеральное масло, называемое теперь трансформаторным. Позднее Тесла еще раз возвратился к разработке вопросов электрической изоляции и сделал весьма важные выводы из своей теории.

Едва начав опыты с токами высокой частоты, Никола Тесла ясно представил себе огромные перспективы, открывавшиеся перед человечеством при широком использовании токов высокой частоты. Направление работ Теслы свидетельствует о необычайно разносторонних выводах, которые он сделал из своего открытия.

Прежде всего, он пришел к убеждению, что электромагнитные волны играют исключительно важную роль в большинстве явлений природы. Взаимодействуя друг с другом, они либо усиливаются, либо ослабляются, либо вызывают новые явления, происхождение которых мы иногда приписываем совершенно другим причинам. Но не только электромагнитные излучения играют огромную роль в самых различных явлениях природы. Тесла интуицией большого ученого понял значение различных излучений еще до замечательных открытий радиоактивных элементов. Когда позднее, в 1896 году, Анри Беккерель, а затем Пьер и Мария Кюри открыли это явление, Тесла нашел в этом подтверждение своих предвидений, высказанных им еще в 1890 году.

Огромное значение переменных токов в развитии промышленности, получившей, наконец, необходимый ей электродвигатель, стало ясно Николе Тесле при первом же знакомстве с преимуществами трехфазного тока, требующего для его передачи всего лишь три провода. Для Теслы уже в то время было несомненно, что должен быть открыт способ передачи электроэнергии и вовсе без проводов, с помощью электромагнитных волн. Эта проблема привлекла внимание Теслы, стала предметом его занятий еще в конце 1889 года.

Однако практическое применение токов высокой частоты для самых разнообразных целей требовало изучения на первый взгляд самых различных, не связанных между собой вопросов. Эти-то эксперименты в широком масштабе и начал проводить в своей лаборатории Никола Тесла.

Начав систематические опыты с токами высокой частоты и высокого напряжения, Тесла должен был прежде всего разработать меры защиты от опасности поражения электрическим током. Эта частная, вспомогательная, но весьма важная задача привела его к открытиям, заложившим основу электротерапии - обширной области современной медицины.

Ход мыслей Николы Теслы был чрезвычайно оригинален. Известно, рассуждал он, что постоянный ток низкого напряжения (до 36 вольт) не оказывает вредных действий на человека. По мере повышения напряжения возможность поражения быстро возрастает.

С увеличением напряжения, поскольку сопротивление тела человека практически неизменно, сила тока так же увеличивается и достигает при 120 вольтах угрожающей величины. Более высокое напряжение становится опасным для здоровья и жизни людей.

Иное дело ток переменный. Для него предел опасного напряжения значительно выше, чем для постоянного, и этот предел отодвигается с повышением частоты. Известно, что электромагнитные волны очень высокой частоты не оказывают никакого болезненного действия на человека 10 . Пример тому свет, воспринимаемый при нормальной яркости здоровым глазом без всяких болезненных ощущений. В пределах каких же частот и напряжений переменный ток опасен? Где начинается зона безопасного тока?

Шаг за шагом исследовал Тесла действие переменного электрического тока на человека при разных частотах и напряжениях. Опыты он проводил на самом себе. Сначала через пальцы одной руки, затем через обе руки, наконец, через все тело пропускал он токи высокого напряжения и высокой частоты. Исследования показали, что действие электрического тока на человеческий организм складывается из двух составляющих: воздействия тока на ткани и клетки нагревом и непосредственного воздействия тока на нервные клетки.

Оказалось, что нагревание далеко не всегда вызывает разрушительные и болезненные последствия, а воздействие тока на нервные клетки прекращается при частоте свыше 700 периодов, аналогично тому, как слух человека не реагирует на колебания свыше 2 тысяч в секунду, а глаз - на колебания за пределами видимых цветов спектра.

Так была установлена безопасность токов высоких частот даже при высоких напряжениях. Более того, тепловые действия этих токов могли быть использованы в медицине, и это открытие Николы Теслы нашло широкое применение; диатермия, лечение УВЧ и другие методы электротерапии есть прямое следствие его исследований. Тесла сам разработал ряд электротермических аппаратов и приборов для медицины, получивших большое распространение как в США, так и в Европе. Его открытие было затем развито другими выдающимися электриками и врачами.

Однажды, занимаясь опытами с токами высокой частоты и доведя напряжение их до 2 миллионов вольт, Тесла случайно приблизил к аппаратуре медный диск, окрашенный черной краской. В то же мгновение густое черное облако окутало диск и тотчас поднялось вверх, а сам диск заблестел, словно чья-то невидимая рука соскоблила всю краску и отполировала его.

Удивленный Тесла повторил опыт, и снова краска исчезла, а диск сиял, поддразнивая ученого. Повторив десятки раз опыты с разными металлами, Тесла понял, что он открыл способ их очистки токами высокой частоты.

"Любопытно, - подумал он, - а не подействуют ли эти токи и на кожу человека, не удастся ли с их помощью снимать с нее различные, трудно поддающиеся удалению краски".

И этот опыт удался. Кожа руки, окрашенная краской, мгновенно стала чистой, как только Тесла внес ее в поле токов высокой частоты. Оказалось, что этими токами можно удалять с кожи лица мелкую сыпь, очищать поры, убивать микробы, всегда в изобилии покрывающие поверхность тела человека. Тесла считал, что его лампы оказывают особое благотворное действие не только на сетчатку глаза, но и на всю нервную систему человека. К тому же лампы Теслы вызывают озонирование воздуха, что также может быть использовано в лечении многих болезней. Продолжая заниматься электротерапией, Тесла в 1898 году сделал обстоятельное сообщение о своих работах в этой области на очередном конгрессе Американской электротерапевтической ассоциации в Буффало.

В лаборатории Тесла пропускал через свое тело токи напряжением в 1 миллион вольт при частоте 100 тысяч периодов в секунду (ток достигал при этом величины в 0,8 ампера). Но, оперируя с токами высокой частоты и высокого напряжения, Тесла был очень осторожен и требовал от своих помощников соблюдения всех им самим выработанных правил безопасности. Так, при работе с напряжением в 110- 50 тысяч вольт при частоте в 60-200 периодов он приучил их работать одной рукой, чтобы предотвратить возможность протекания тока через сердце. Многие другие правила, впервые установленные Теслой, прочно вошли в современную технику безопасности при работе с высоким напряжением.

Создав разнообразную аппаратуру для производства опытов, Тесла в своей лаборатории начал исследование огромного круга вопросов, относящихся к совершенно новой области науки, в которой его больше всего интересовали возможности практического использования токов высокой частоты и высокого напряжения. Работы его охватывали все многообразие явлений, начиная от вопросов генерирования (создания) токов высокой частоты и кончая детальным изучением различных возможностей их практического использования. С каждым новым открытием возникали все новые и новые проблемы.

Как одна из частных задач Теслу заинтересовала возможность использовать открытие Максвеллом и Герцем электромагнитной природы света. У него возникла мысль: если свет представляет собой электромагнитные колебания с определенной длиной волны, нельзя ли искусственно получить его не путем нагрева нити электрической лампы накаливания (что дает возможность использовать лишь 5 процентов энергии, превращающейся в световой поток), а путем создания таких колебаний, которые вызвали бы появление световых волн? Эта задача и стала предметом исследований в лаборатории Теслы в начале 1890 года.

Вскоре он накопил огромное количество фактов, позволивших перейти к обобщениям. Однако осторожность Теслы заставила его проверять десятки и сотни раз каждое свое утверждение. Он повторял сотни раз каждый опыт, прежде чем делал из него какие-либо выводы. Необычайность всех открытий Николы Теслы и огромный авторитет его привлекли внимание руководителей Американского института электроинженеров, вновь, как и три года назад, пригласивших Теслу прочесть лекцию о своих работах. Тесла избрал тему: "Опыты с переменными токами весьма высокой частоты и их использование для искусственного освещения".

По традиции, установившейся с первых лет существования института, было разослано ограниченное число приглашений лишь самым выдающимся электротехникам. Перед такой избранной аудиторией 20 мая 1892 года Тесла и прочел одну из своих самых вдохновенных лекций и продемонстрировал опыты, уже осуществленные им в своей лаборатории.

Нет ничего, что в большей степени могло бы привлечь внимание человека и заслужило бы быть предметом изучения, чем природа. Понять ее огромный механизм, открыть ее созидательные силы и познать законы, управляющие ею, - величайшая цель человеческого разума, - этими словами начал Тесла свое выступление.

И вот он уже демонстрирует перед слушателями результаты своих исследований в новой, еще никем не изученной области токов высокой частоты.

Рассеяние электромагнитной энергии в пространстве, окружающем источник токов высокой частоты, позволяет использовать эту энергию для самых различных целей, - убежденно говорит ученый и тут же показывает замечательный опыт. Он выдвигает гениальное положение о возможности передачи электроэнергии без проводов и в доказательство заставляет как обычные лампы накаливания, так и специально им созданные лампы без нитей внутри светиться, внося их в переменное электромагнитное поле высокой частоты. - Освещение лампами подобного рода, - говорит Тесла, - где свет возникает не под действием нагрева нитей протекающим током, а вследствие особых колебаний молекул и атомов газа, будет проще, чем освещение современными лампами накаливания. Освещение будущего, - подчеркивал ученый, - это освещение токами высокой частоты.

Особенно подробно остановился Тесла на описании своего резонансного трансформатора как источника волн весьма высокой частоты и снова подчеркнул значение разряда конденсатора в создании таких колебаний. Тесла правильно оценил большое будущее этой важнейшей детали современных радиотехнических средств. Он выразил эту мысль следующими словами:

Я думаю, что разряд конденсатора будет в будущем играть важную роль, так как он не только предоставит возможность получать свет более простым способом в том смысле, какой указывает изложенная мною теория, но окажется важным и во многих других отношениях.

Подробно изложив результаты экспериментов с токами высокой частоты, получаемыми с помощью резонансного трансформатора, Тесла завершил лекцию словами, свидетельствующими о его ясном представлении значения дальнейшего изучения явлений, над которыми его работы едва приоткрыли завесу тайны:

Мы проходим с непостижимой скоростью через бесконечное пространство; все окружающее нас находится в движении, и энергия есть повсюду. Должен найтись более прямой способ утилизировать эту энергию, чем известные в настоящее время. И когда свет получится из окружающей нас среды и когда таким же образом без усилий будут получаться все формы энергии из своего неисчерпаемого источника, человечество пойдет вперед гигантскими шагами.

Одно созерцание этой великолепной перспективы подымает наш дух, укрепляет нашу надежду и наполняет наши сердца величайшей радостью.

Под бурные аплодисменты Тесла закончил свое замечательное выступление. Необычайность всего показанного и особенно смелые выводы ученого, видевшего революционные последствия своих открытий, поразили слушателей, хотя далеко не все поняли содержание лекции так глубоко, как того хотелось бы Николе Тесле.



Группа разработчиков на Смоленщине. Они использовали принцип описанной выше конденсаторной установки. Примерная схема устройства приведена на рис.5. Здесь также от источника колебательной энергии подаётся ток на три последовательно соединённые конденсатора С1, С2, С3. Заряд их пластин колеблется в такт источника раскачки колебаний, но С2 включён схемой в цепь высоковольтной обмотки бытового трансформатора в виде колебательного контура. Естественно, колебательный контур С2 с обмоткой трансформатора воспринимает "маленькие порции" раскачки, и уже сам собой, в результате резонанса с эфиром, начинает выдавать необходимую мощность во вторичную обмотку на полезную нагрузку ~ 220 V. Схема предельно простая, это надо отдать должное "сообразительности" смоленских "парней". Здесь сравнительно небольшой раскачки источника колебаний вполне хватает для резонансного возбуждения силовых колебаний тока в данном контуре, а с вторичной обмотки трансформатора можно спокойно снимать трансформированный ток на любую полезную нагрузку. Возможно, что сам Тесла использовал этот приём для привода своего электромобиля в движение, недаром же он покупал радиолампы в магазине, которые и являлись источником колебательной энергии для обкладок конденсаторов, а индуктивность статорной обмотки тягового электродвигателя служила основной частью колебательного контура – источника тока (вместо первичной обмотки трансформатора в схеме рис.5). А сейчас поговорим о главном – о величине мощности раскачки эфира вокруг ёмкостей и индуктивностей с целью получения свободной энергии (реактивной мощности), поисками которой заняты специалисты во всём техническом мире. Сначала рассмотрим теоретическую сторону вопроса.

Поскольку формула реактивной мощности для любой обмотки Q = I^2*2П*F* L,

Где I -величина тока, F - частота тока, L- индуктивность. Величина L задана геометрией обмотки трансформатора или контура, её изменять трудновато, но её и использовал Капанадзе. Другая величина - частота F может изменяться. В реактивной мощности она задаётся частотой электростанции (источником колебаний), но с увеличением её увеличивается мощность свободной энергии, значит, разумно её повышать при раскачке индуктивности. А раскачать индуктивность по частоте, для получения и повышения тока I необходим конденсатор, подключённый к индуктивности. Но, чтобы начать раскачку контура, нужен первоначальный импульс тока. А его сила, в свою очередь, зависит от активного сопротивления самой обмотки, сопротивления соединительных проводов и, как не удивительно, волнового сопротивления этой цепочки тока. Для постоянного тока этого параметра не существует, а для переменного обязательно возникает и ограничивает наши возможности, а с другой стороны помогает нам. Из уравнений длинных линий связи известно,-волновое сопротивление движения для любой электромагнитной волны по проводам должно быть согласовано с сопротивлением нагрузки в конце линии. Чем лучше согласование, тем экономичнее устройство. В контурах, состоящих из ёмкости и индуктивности, из которых состоит "тесловка", волновое сопротивление определяется величиной которая, если её поделить на активное сопротивление проводников, в принципе, является добротностью контура, т.е. числом, показывающим во сколько раз напряжение в катушке контура возрастает по отношению к задающему напряжению от генератора электростанции (источника раскачки).

Zв = КОРЕНЬ (L / С),

Вот этим принципом и пользовался Тесла, изготавливая катушки всё более солидные по размеру, т. е. увеличивая, и увеличивая L - индукцию катушки и чисто интуитивно стремился к волновому числу Zв = 377 Ом. А это и есть волновое сопротивление не чего нибудь, а обыкновенного эфира по Максвеллу, хотя его конкретную величину определили позднее исходя из условий распространения электромагнитных волн в атмосфере и космосе. Приближение к этому числу волнового сопротивления уменьшает мощность раскачки. Отсюда всегда можно хотя бы приблизительно вычислить даже частоту колебаний самого эфира, при которой требуется минимальная энергия раскачки от электростанции для "тесловки" вырабатывающей реактивную энергию, но это отдельная тема рассмотрения.

В будущем видится предельно простой генератор тока для любых мощностей. Это трансформатор приемлемой мощности, первичная обмотка которого подсоединяется через рассчитанный конденсатор (с соответствующей реактивной мощностью) к источнику электрической раскачки сравнительно небольшой мощности, работающего при запуске от аккумулятора. Вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и инвертор выдаёт в расходную сеть необходимый ток с частотой 50 Герц для потребителей и одновременно питает, минуя аккумуляторы, схему раскачки, точнее сам себя (по рис.5.). Сейчас это кажется нереальным в силу закона сохранения энергии, поскольку не учитывается действие эфира, однако в ближайшем будущем такие установки будут широко распространёнными в быту и на производствах. Реактивная мощность, точнее свободная энергия эфира, подчеркнём, эфира Максвелла и Кельвина, должна и будет работать на людей в полной мере, как это предсказывал великий Никола Тесла. Время, которое он предвидел, уже наступило благодаря воспитанной промышленностью громадной армии специалистов электриков и интернету, позволяющему обмениваться мировым опытом.

Цели

После проведения данного эксперимента Вы сможете рассчитывать резонансную частоту резистивно-индуктивно-емкостной схемы и выполнять измерения в схеме для определения существования условия резонанса в схеме.

Необходимые принадлежности

* Осциллограф

* Цифровой мультиметр

* Макетная панель

* Генератор функций

* Элементы:

одна катушка индуктивности 10 мГн, один конденсатор 0, 22 мкФ, один конденсатор 0, 47 мкФ, один резистор 100 Ом.

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

Резонанс - это такое состояние резистивно-индуктивно-емкостной схемы, когда индуктивное сопротивление и емкостное сопротивление одинаковы. Поскольку эти реактивные сопротивления одинаковы, они полностью компенсируют друг друга. При резонансе имеют место многие специальные эффекты. Например, в силу того, что реактивные

сопротивления полностью гасят друг друга, схема проявляет себя как полностью резистивная.

Вы сможете обнаружить резонансные схемы почти во всех типах электронного оборудования. Они широко используются для выполнения различных задач настройки и фильтрации в электронном оборудовании. В данном эксперименте Вы рассмотрите эффект резонанса как в параллельных, так и в последовательных схемах.

Последовательный резонансный контур

Последовательный резонансный контур представлен на рисунке 22-1. Вспомните, что при наличии резонанса в схеме индуктивное сопротивление и емкостное сопротивление полностью компенсируют друг друга, и сопротивление току оказывает одно лишь активное сопротивление схемы. В такой схеме полное сопротивление попросту равно значению R плюс сопротивление постоянному току катушки. Главной характеристикой последовательного резонансного контура является то, что его полное сопротивление минимально при резонансе. При настройке частоты на величину, превышающую или лежащую ниже резонансной частоты, полное сопротивление возрастает.

Поскольку при резонансе в последовательном резонансном контуре полное сопротивление минимально, ток в контуре возрастает до пиковой величины. Эта большая величина тока при ее умножении на индуктивное сопротивление и на емкостное сопротивление дает очень высокие падения напряжения на катушке индуктивности и на конденсаторе. В действительности падения напряжения на катушке индуктивности и на конденсаторе

в условиях резонанса часто значительно превышают напряжение питания. Эти необычайно высокие при резонансе напряжения называются скачками напряжения при резонансе или резонансными повышениями напряжения.

Рис. 22-1. Параллельный резонансный контур

Параллельный резонансный контур представлен на рисунке 22-2. Конденсатор и катушка индуктивности соединяются параллельно друг с другом, и вся комбинация иногда соединяется последовательно с резистором. Поскольку при резонансе индуктивное сопротивление и емкостное сопротивление полностью компенсируют друг друга, схема обнаруживает очень значительное активное сопротивление. В такой схеме полное сопротивление параллельного индуктивно-емкостного контура возрастает до многих тысяч Ом при резонансе. При частотах, превышающих или лежащих ниже резонансной частоты, полное сопротивление уменьшается.

Рис. 22-2.

Если Вы измерите линейный ток в резисторе, соединенном последовательно с параллельным резонансным контуром, Вы обнаружите, что ток достигает минимума в условиях резонанса. Это происходит вследствие того, что при резонансе полное сопротивление максимально,и,следовательно, это приводит к формированию минимальной величины тока через контур. При изменении частоты в любую сторону от резонансной частоты полное сопротивление контура уменьшается, и линейный ток возрастает.

Полное сопротивление параллельного резонансного контура вычисляется на основании следующей формулы:

В этой формуле: R - сопротивление катушки индуктивности L. Например, если L = 2 мГн, С = 0,05 мкФ и R = 5 Ом, полное сопротивлений Z равно:

Z = 2 х 10^-3 / (0,05 х 10 ^-6)(5) Z = 8000 Ом

Вы можете также использовать такую формулу:

Z = Rw(Q^2 + 1)

где: Rw- это сопротивление обмотки катушки индуктивности и Q = Xl/Rw.

Краткое содержание

Как было указано ранее, в данном эксперименте Вы соберете последовательный резонансный контур и параллельный резонансный контур, а также познакомитесь с некоторыми из упомянутых эффектов. Вы практически рассчитаете резонансную частоту (fг) при заданных значениях индуктивности и емкости. Это осуществляется при помощи следующей формулы:

fr = 1 / 2*3.14(LC)^0.5

ПРОЦЕДУРА

1. Обратитесь к рисунку 22-3. Рассчитайте резонансную частоту при заданных значениях, показанных на рисунке.

Рис. 22-3.

fr=______Гц

2. Прежде чем собирать схему, измерьте сопротивление катушки индуктивности. Это сопротивление оказывает влияние на полное сопротивление схемы.

Активное сопротивление катушки индуктивности = ____ Ом

ПРИМЕЧАНИЕ: Данные, полученные в шагах 3-11, должны заноситься в таблицу на рисунке 22-4, как указано ниже.

3. Вычислите полное сопротивление схемы при резонансе. -апишите Ваш результат.

Рис. 22-4.

5. -ная частоту входного сигнала, определите значения индуктивного и емкостного сопротивления. Используя резонансную частоту, которую Вы рассчитали в шаге 1, вычислите определите значения индуктивного и емкостного сопротивления при резонансе. -апишите Ваши результаты.

6. Теперь вычислите падения напряжения на каждом из компонентов схемы на базе значений, полученных в шаге 5. -апишите Ваши результаты.

7. Соберите схему, показанную на рисунке 22-3. При помощи регулятора амплитуды на генераторе функций сформируйте значение размаха напряжения 4 В.

8. При помощи осциллографа осуществляйте мониторинг (текущий контроль) напряжения на резисторе 1000м. Во время мониторинга напряжения добейтесь максимального значения напряжения настройкой регулятора частоты на генераторе функций. Выполняйте Ваши настройки медленно и позволяйте показаниям мультиметра установиться, прежде чем переходить к каждой новой настройке. ПРИМЕЧАНИЕ: настройка на максимальное значение - процесс очень медленный и утомительный, потратьте однако Ваше время, чтобы получить наиболее точные результаты. Продолжайте настройку до тех пор, пока Вы не получите это максимальное напряжение. В результате Вы получили настройку генератора функций на резонансную частоту схемы. Объясните, почему данная процедура используется для нахождения fr .

9. Выполните повторный контроль, чтобы убедиться, что размах выходного напряжения генератора функций составляет 4 В. Если необходимо, снова отрегулируйте выходное напряжение на это значение и повторите при этом шаг 8.

10.После того, как схема настроена в режим резонанса, измерьте падения напряжения на каждом из компонентов. -апишите их значения.

11.Сделайте разрыв в схеме в том месте, где конденсатор 0,22 мкФ соединяется с катушкой, как

Вы это делали в предыдущем эксперименте. Это позволит Вам включить в схему мультиметр для измерения тока в схеме. Переключите Ваш мультиметр для измерения переменного тока. Установите предел измерения 2 мА. Измерьте ток в схеме и запишите Ваш результат.

12. Теперь сравните Ваши расчетные и измеренные значения. Они должны быть одинаковыми или, по крайней мере, очень близкими. Объясните возможные различия.

13. В процессе измерения тока в последовательном резонансном контуре варьируйте выход генератора функций при помощи регулятора частоты. Поворачивайте ручку медленно против часовой стрелки для уменьшения частоты и замечайте влияние на величину тока. Регулировка частоты должна выполняться настолько медленно, чтобы Вы могли наблюдать за изменениями показания мультиметра, так как требуется несколько секунд, чтобы показания установились после каждого нового изменения частоты.

Далее поворачивайте ручку медленно в направлении по часовой стрелке для увеличения частоты и снова замечайте влияние на величину тока. При изменении частоты выше или ниже резонансной частоты Вы обнаружите значительные вариации тока. Во время наблюдения за этими вариациями определяйте сразу, каким образом частота влияет на ток схемы.

14. Снова соедините катушку и конденсатор 0, 22 мкФ.

15. Присоедините измерительные выводы осциллографа к конденсатору и к катушке индуктивности одновременно. Варьируйте частоту при. помощи регулятора частоты на генераторе функций, чтобы получить минимальный уровень напряжения. Когда будет достигнуто минимально возможное напряжение, схема настроена в резонанс. -аметьте положение указателя, регулятора частоты на генераторе функций. Объясните, что Вы здесь получили;

16. Удалите конденсатор 0, 22 мкФ из макетной панели и на его место установите конденсатор 0, 47 мкФ. Вычислите резонансную частоту этой новой комбинации.

fr=____Гц

При увеличении емкости в схеме до 0,47 мкФ резонансная частота:

_________ увеличивается

_________ уменьшается

17.Снова присоедините измерительные выводы осциллографа к комбинации конденсатора и катушки индуктивности. Варьируйте частоту при помощи регулятора частоты на генераторе функций, чтобы получить минимальный уровень напряжения. Когда будет достигнуто минимальное напряжение, заметьте то направление, в котором Вы повернули регулятор генератора функций. Частота в данном случае выше или ниже, чем раньше? _________ выше

_________ ниже

Соответствует это результатам, которые предсказаны Вами в шаге 16?

18.Соберите параллельный резонансный контур, схема которого представлена на рисунке 22-5.

Аметьте, что два конденсатора включены последовательно и их комбинация соединена параллельно с катушкой индуктивности. Это соединение образует параллельный резонансный контур, в котором два последовательно включенных конденсатора имеют единственное эквивалентное значение емкости. -атем параллельный резонансный контур соединен последовательно с резистором 1 кОм, и вся полученная комбинация подключена к генератору функций.

Рис. 22-5.

19. Вычислите резонансную частоту данной схемы. Индуктивность известна, но Вам требуется вычислить полную емкость схемы (Ст). Вспоминая, что Вы узнали ранее о последовательном включении конденсаторов, вычислите сначала полную емкость схемы. -апишите это значение. После этого вычислите резонансную частоту данной схемы и запишите Ваш результат в предусмотренное поле.

Ст = _______мкФ

fr= _______Гц

20.Используя формулу, приведенную ранее для полного сопротивления параллельного резонансного контура, найдите это полное сопротивление. Используйте значение сопротивления катушки, которое Вы измерили в шаге 2.

Z =_______ Ом

21.Подайте на вход схемы синусоидальный сигнал с частотой 3 кГц. При помощи регулятора амплитуды на генераторе функций сформируйте значение размаха напряжения 4 В.

22.Осуществляйте мониторинг напряжения на резисторе 1 кОм при помощи осциллографа. -атем, варьируя частоту при помощи ручки регулятора частоты на генераторе функций, добейтесь минимального напряжения. Как и раньше, делайте это медленно и шагами. Слегка измените частоту и заметьте новое показание напряжения после того, как оно стабилизируется. Продолжайте настройку вперед и назад, пока Вы не добьетесь такой частоты, при которой напряжение минимально. Вы получили при этом резонансную частоту. -апишите в этот момент величину напряжения, которое Вы измерили на резисторе 1 кОм. Vr=_______В

23. -ная значение величины напряжения на резисторе с известным сопротивлением, Вы можете теперь вычислить величину полного тока схемы, используя закон Ома. Сделайте теперь вычисление и запишите значение величины тока.

способ сделать эти - просто прикоснуться испытательными выводами параллельно катушке индуктивности.

VLc= _______В

25.-ная значение величины напряжения на параллельном резонансном контуре и ток, который Вы нашли вычислением в предыдущем шаге, Вы можете теперь вычислить величину полного сопротивления индуктивно-емкостного контура. Сделайте теперь это вычисление и запишите Ваш результат.

Z=_______Ом

Как это значение соответствует значению, которое Вы нашли в шаге 20?

26.Сложите падение напряжения на резисторе 1 кОм и падение напряжения на параллельном резонансном контуре. Равна ли приблизительно эта сумма величине напряжения источника? Объясните Ваш ответ.

27.Соедините измерительные выводы вашего осциллографа с параллельным контуром, прикасаясь ими к двум выводам катушки индуктивности. Вращайте ручку регулятора частоты на генераторе функций в одну и в другую сторону от резонансной частоты и следите за изменением выходного напряжения. Ручку поворачивайте медленно из полностью выведенного в направлении против часовой стрелки положения в полностью выведенное в направлении по часовой стрелке положения, а затем назад, и так несколько раз, чтобы заметить эффект. Объясните вариации напряжения, которые Вы наблюдаете.

28.Выключите генератор функции, но схему пока не разбирайте.

ОБЗОРНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Если конденсаторы 0,22 мкф и 0,47 мкФ подключены параллельно к катушке индуктивности 10 мГн, резонансная частота контура составляет:

2. Резонанс в последовательном контуре обнаруживается по:

а) максимальному току,

б) максимальному полному сопротивлению,

в) минимальному току,

г) нулевому току.

3. При резонансе параллельный резонансный контур ведет себя как:

а) резистор с малым сопротивлением,

б) резистор с большим сопротивлением,

в) катушка индуктивности,

г) конденсатор.

4. Каково полное сопротивление параллельного резонансного контура с L = 5 мГн, С == 0,001 мкФ и R =40м?

г) 1,25 МОм.

5. При резонансе в последовательной резистивно-индуктивно-емкостной схеме полное сопротивление равно:

а) XL или Xc

б) сопротивлению катушки индуктивности,

г) сопротивлению катушки индуктивности плюс сопротивление резистора.