2.3. Теперь осталось только убедиться, что способ изменения частоты колебательного контура с помощью заземлённой металлической трубки внутри каркаса катушки не приводит к большим потерям мощности и позволяет изменять частоту в широком диапазоне. А заодно выяснить, какие по длительности импульсы тока в индукторе предпочтительнее.
2.3.1. Для экспериментов используем результаты предыдущих опытов, и используем те из них, которые дают максимальный эффект: индуктор расположим на высоте, равной ? длины намотки, нижний вывод катушки заземлим с помощью наиболее эффективного заземления 2.
В каркас катушки вставим заземлённую трубку, свёрнутую из дюралевой пластины (показано на рисунке 19), и, перемещая её сверху вниз, для разных положений трубки будем измерять резонансную частоту колебательного контура и амплитуду напряжения на катушке щупом осциллографа, расположенным в 5 см от верхнего края намотки. Проведём измерения для трёх различных значений ёмкости разрядного конденсатора, и, соответственно, при трёх вариантах длительности возбуждающего импульса в индукторе. Результаты измерений запишем в таблицу 3.
Tabl3.gif 52,37К 793 Количество загрузок:
Как видно из таблицы, при вдвигании трубки на всю длину катушки, частота четвертьволнового резонанса для заземления 2 не достигнута. Зато наблюдается какой-то резонансный провал напряжения на частоте 4,0 МГц.
2.3.1. Понятно, что вдвигание заземлённой трубки в каркас с «горячего» конца катушки создаёт для большого потенциала на этом конце прямой путь в землю.
Проведём такой же опыт, но вдвигать трубку будем со стороны индуктора. Для этого зафиксируем индуктор на катушке и перевернём её индуктором вверх. Результаты измерений занесём в таблицу 4.
Tabl4.gif 53,44К 761 Количество загрузок:
Из сравнения данных в таблицах 3 и 4 следует, что переворот катушки на 180 градусов не привёл к существенным изменениям частоты и амплитуды колебаний контура при отсутствии трубки внутри катушки. А вот вдвигание заземлённой трубки со стороны индуктора внесло существенные изменения в лучшую сторону. Это хорошо видно на графиках зависимости амплитуды от частоты, которые приведены на рисунке 20.
Из графиков следует, что наиболее равномерную амплитуду даёт разрядный конденсатор ёмкостью 500 Пф.
2.3.3. К сожалению, в таблицах отражается только амплитуда начального импульса и частота, и не видна форма сигнала в катушке. А форма сигнала при величине разрядной ёмкости 500 пф на конечном участке графика быстро затухает.
В п. 1.2.5. первого раздела мы оценили длительности сигналов в индукторе для различных разрядных ёмкостей:
- для ёмкости 100 пФ – 70 нс, что соответствует частоте 14,3 МГц;
- для ёмкости 200 пФ – 87,5 нс, что соответствует частоте 11,4 МГц;
- для ёмкости 500 пФ – 140 нс, что соответствует частоте 7,1 МГц;
Теперь обратим внимание на тот факт, что без заземлённой трубки, когда резонансная частота колебательного контура равна 9,5 МГц, разрядные ёмкости 100 Пф и 200 Пф обеспечивают более высокую амплитуду сигнала, чем ёмкость 500 Пф, хотя передаваемая энергия в последнем случае больше. Это происходит потому, что длительности импульса в индукторе, в первых двух случаях, меньше периода сигнала в контуре, а в третьем случае – больше.
В нашем случае разрядная ёмкость 500 пФ – оптимальна с точки зрения равномерности начальной амплитуды сигнала. При вдвигании трубки в катушку, рост амплитуды сигнала, при сокращении длительности импульса в индукторе относительно его периода, компенсирует уменьшение добротности в контуре от увеличения его ёмкости. Если взять ёмкость 1000 пФ, график для неё лежит ниже графика для 500 пФ, имеет горб на частоте 7 МГц, и завал на высших частотах. Поскольку наша задача – совместить резонансы в интервале низких частот из графика, этот вариант представляется наиболее целесообразным. На пониженных частотах, при использовании разрядной ёмкости 500 пФ сигнал в катушке затухает более медленно.
Но вообще на этот момент следует обратить внимание:
Когда рабочая частота катушки Теслы определена, необходимо, чтобы длительность импульса тока в индукторе была меньше периода её колебаний.
2.4. Для завершения работы с этой катушкой, неплохо бы измерить токи, протекающие в заземляющем проводе.
Надеваем на провод датчик тока и проводим измерения при различных положениях заземлённой трубки внутри катушки для двух заземлений с различной длиной провода.
2.4.1. Подключаем заземление 1. Трубка не вставлена. В заземляющем проводе наблюдаем биения колебаний тока с начальными выбросами амплитудой 0,06 А.
При вдвигании трубки биения усиливаются и на частоте 7,6 МГц наблюдается ярко выраженный резонанс с той же амплитудой 0,06 А, но не отдельные выбросы, а нарастающая, а затем спадающая синусоида. При изменении ёмкости разрядного конденсатора, частота резонанса не изменяется, максимальная амплитуда наблюдается при ёмкости 200 пФ, что согласуется с результатами, показанными на графике (рисунок 20).
Дальнейшее вдвигание трубки приводит к резкому снижению амплитуды колебаний. На частоте 5 МГц амплитуда снижается в 10 раз. При введении трубки до конца опять наблюдаются слабые биения.
2.4.2. Подключаем заземление 2. Трубка не вставлена. В заземляющем проводе наблюдаем биения колебаний тока с начальными выбросами амплитудой 0,06 А.
При вдвигании трубки биения пропадают и при дальнейшем вдвигании трубки уровень сигнала значительно падает, а затем вновь появляются биения. На частоте 4,2 МГц наблюдается ярко выраженный резонанс с амплитудой 0,04 А, - медленно нарастающая, а затем спадающая синусоида. При изменении ёмкости разрядного конденсатора, частота резонанса не изменяется, максимальная амплитуда наблюдается при ёмкости 500 пФ, что опять согласуется с результатами, показанными на графике (рисунок 20).
Дальнейшее вдвигание трубки опять приводит к резкому снижению амплитуды колебаний.
2.4.2. Объяснить появление резонансов тока в заземляющем проводе можно, если предположить, что это его ? - волновой резонанс.
В таблице 1 рассчитаны ? - волновые резонансы для катушки с заземлением 1 – 3,35 МГц, и с заземлением 2 – 2,51 МГц, при коэффициенте замедления волны, равном 0,81. Коэффициент замедления волны может зависеть как от частоты, так и от того, находится провод в катушке, или в свободном состоянии, поэтому определённо назвать его значение очень затруднительно.
Факт остаётся фактом:
В проводе наблюдается высокодобротный резонанс тока при частоте, зависящей от длины заземляющего провода. При этом резонанс в контуре не столь явно выражен. При перестройке контура, амплитуда напряжения на нём изменяется на несколько десятков процентов, в то же время амплитуда тока в проводе изменяется в десятки раз. – Совмещение резонансов – определяющее условие для возникновения тока в заземляющем проводе.
Прикрепленные файлы
-
Pic 19.jpg 107,57К 93 Количество загрузок:
-
Pic 20.gif 55,24К 68 Количество загрузок: