Дуэт Джеймса Клерка Максвелла и... Володи Миславского

Список разделов Общие обсуждения СЕ устройств Обсуждение Генераторов

#1 Max » 22.07.2015, 02:13

Физики никогда не упускают случая проверить правильность своих взглядов на мир. Даже тогда, когда речь идет о фактах вроде бы и очевидных. Вот пара примеров. Спорный вопрос, имеет ли свет волновую природу, приводил к «абсурдному» экспериментальному выводу: в средней части тени от круглого экрана должно быть светлое пятно. Проверили — есть... Не всегда проверка стоит так дешево. Раздумывая над источником энергии Солнца, физики «придумали» термоядерные реакции, а затем получили их на земле. Казалось, что подтвердить наличие подобных реакций на Солнце — пустая формальность. Но вот уже более 20 лет приборы, принимающие потоки нейтрино от нашего светила, говорят лишь об одном — термоядерных реакций там не обнаруживается.

Трансформатор В. Миславского — побочный продукт экспериментов подобного рода. Но вначале несколько слов об авторе. Томясь от летней скуки в доме отдыха, где он был вместе с родителями, Володя читал книгу В. Карцева «Приключения великих уравнений». Быть может, ученик четвертого класса ничего в них и не понял бы, да случайно оказался поблизости некий гражданин. Он все растолковал, все стало не просто понятно, даже интересно. Незнакомец в тот же день уехал, а Володя остался размышлять.

Надо сказать, что законы электродинамики, выраженные в уравнениях, способны озадачить не только людей юного возраста. Случается, даже академики, как, впрочем, и сам создатель уравнений Джеймс Клерк Максвелл, не все в них понимают. Такова реальность, которую они описывают. А выразишь ее словами, все вроде бы не так уж и мудрено.

Силовые линии электрического поля начинаются и кончаются на зарядах или простираются в бесконечность. Линии магнитного поля всегда замкнуты. Всякий ток охвачен магнитными силовыми линиями. Если магнитное поле переменно, то его линии охвачены линиями замкнутого переменного электрического поля. Вот и все. Но эти четыре положения позволили предсказать множество очень важных явлений. Например, Г. Герц, проверяя следствия из уравнений Максвелла, открыл 104 года назад электромагнитные волны, а уж потом им нашли и практическое применение-

Долгое время физиков волновал такой мысленный эксперимент.

Если в какой-нибудь вакуумный сосуд поместить две металлические пластины и соединить их с источником переменной ЭДС, то на помещенную поблизости магнитную стрелку будет воздействовать магнитное поле так, как это происходило бы, если бы в пространстве между электродами протекал поток электронов. Хотя конденсатор — это, по существу, разрыв цепи, переменный ток здесь протекает. Следовательно, и энергия через пространство между пластинами проходит. Чисто формально ее можно выразить в размерности тока. Назвали его током смещения.

Изображение

Ток смещения, протекающий между обкладками конденсатора, должен отклонять магнитную стрелку.

На рисунке 1 показана схема опыта. В момент включения постоянного тока между пластинами появляется ток смещения. Он и создает магнитное поле, воздействующее на магнитную стрелку. Поясним, почему данный опыт относится к разряду мысленных экспериментов. Небольшая емкость создает очень малый ток смещения. В случае одиночной зарядки конденсатора он образует ничтожное магнитное поле, которое действует весьма короткое время. Оно не способно даже слегка возмутить инертную магнитную стрелку.

В свое время вопросу «порождает ли ток смещения магнитное поле?» посвящались дискуссии. Потом нашлись косвенные подтверждения, например, в процессах излучения волн антенной радиопередатчика. Вскоре о проблеме забыли. Володя же Миславский решил к ней вернуться.

Изображение

Вихревое электрическое поле ферритовой рамки в эксперименте В. Миславского способно зарядить обкладки конденсатора.

Прежде всего, подумал он, нужно усилить эффект, сделать процесс многократно повторяющимся, а стало быть, перейти к высокочастотному переменному току. Поскольку частота его может меняться миллионы раз в секунду, эффекты, создаваемые отдельными токами смещения в моменты отдельных перезарядок конденсатора, многократно наложатся и станут вполне осязаемыми. Тогда магнитные поля можно уловить, заменив магнитную стрелку на ферритовый магнитопровод.

Эксперимент выглядит просто. Между пластинами конденсатора находится ферритовая рамка с катушкой. Конденсатор подключается к генератору переменного тока, а катушка к осциллографу. На экране его прекрасно видна синусоида напряжения, которое создает в рамке магнитное поле тока смещения. Это лабораторный вариант. В нем можно использовать школьный звуковой генератор. А для наглядности Володя придумал еще и демонстрационный опыт. Здесь конденсатор — две пластины алюминия размером 40X60 см, а между ними рамка, склеенная из сотни ферритовых стержней. В цепи ее обмотки стоит лампа от диапроектора на 6 вольт и 12 ватт. Поскольку частота генератора 1 мГц, обмотку приходится настраивать в резонанс, установив последовательно с лампой конденсатор переменной емкости. Самое удивительное — столь мощная лампа ярко горит. Словом, все подтверждается.

Изображение

Ферритовая рамка улавливает переменное магнитное поле, возникающее между обкладками конденсатора. Расположенная на ней обмотка ведет себя так же, как вторичная обмотка любого трансформатора. Поэтому и загорается лампа.

Уравнения Максвелла, мы уже говорили, утверждают появление замкнутых силовых линий электрического поля, охватывающих линии переменного магнитного. Впервые этот эффект использовал Фарадей в изобретенном им трансформаторе. Работа внешне нехитрого прибора и по сей день в своих тонкостях не совсем ясна. Но, грубо говоря, сосредоточенное в его сердечнике переменное магнитное поле создает вихревое, замкнутое и переменное электрическое поле. Проникая в металл вторичной обмотки, оно и приводит в движение свободные электроны.

Тот же эффект проявляется и в устройстве Миславского. Он поменял местами генератор и лампочку. Теперь генератор создает ток в обмотке, в ферритовом магнитопроводе возникает переменное магнитное поле, а вокруг него электрические силовые линии, которые улавливаются пластинами конденсатора.

Как видите, создан второй вариант прибора, известного уже 150 лет.

Принципы, положенные в основу опытов Миславского, позволяют создавать компактные и простые трансформаторы и множество иных, куда более интересных устройств.

Изображение

Безобмоточный трансформатор. Ферритовая рамка расположена между обкладками двух конденсаторов различной емкости. Если один из конденсаторов подключить к источнику переменного тока, то я рамке возникнет вихревое магнитное поле. Связанное с ним вихревое электрическое поле создаст на обкладках другого конденсатора переменное напряжение. Его величина зависит от отношения емкостей этих двух конденсаторов.

Трансформатор Миславского на любое число входов и выходов легко выполним методами интегральной технологии. При определенных условиях он способен выполнять функции усилителя, умножителя и преобразователя частоты, универсального логического элемента, выполняющего операции с большим числом переменных, микропроцессора... И список на этом не кончается...


Из журнала «Юный Техник»
95% океана не исследовано.
99.99% космоса не исследовано.
90% нашего мозга не исследовано.
Вопрос: чем мы, занимаемся? Разрабатываем смывающиеся втулки от туалетной бумаги?
Max M
Автор темы, СупермодераТОР
Аватара
Репутация: 41 (+43/−2)
Лояльность: 14
Сообщения: 118
Темы: 69
Зарегистрирован: 21.04.2015
С нами: 3 года 7 месяцев

Вернуться в Обсуждение Генераторов

Кто сейчас на форуме (по активности за 5 минут)

Сейчас этот раздел просматривают: 1 гость