Длинная линия и короткие импульсы в ней.
Об этом эксперименте я узнал лет надцать назад из ролика на ютюбе, где уже не помню. Суть будем выяснять по принципиальной схеме:
Генератор импульсов выполнен на транзисторе 2SC3356 в лавинном режиме. Он формирует импульсы примерно 100нС длительности, с частотой следования около 10 кГц. Через трансформатор Тр1 возбуждается длинная линия и синхронизация осциллографа. Длинная линия изготовлена из обрезков кабеля "витая пара ", смотана в бухточки сантиметров 10 диаметром. Все трансформаторы намотаны на одинаковых ферритовых кольцах от электронных балластов размером 10*5*5 мм. Тр1 намотан отрезком витой пары - 5 витков, обмотка синхронизации 2 витка одножильного провода. Тр2, Тр3, Тр4 - по 10 витков. На схеме не показано: между Тр1 и кт1 включен отрезок витой пары
4,4м, для того, чтобы передний фронт импульса был видим.
Картинки сделаны юсб осциллографом PV6503.
Первая картинка: канал зелёного луча подключен к точке кт1 вначале линии; канал желтого луча подключен к точке кт4 трансформатора Тр4 в конце линии; канал синего луча - синхронизация. Контакт в конце линии замкнут.
Следует иметь в виду, что длина витой пары точно не измерялась и метрологические свойства осциллографа "так себе", полученные величины носят приблизительный характер. Что, на мой взгляд, не мешает пытаться понять суть явления.
По зелёному лучу видим, что "отраженный" импульс имеет противоположную полярность (как и написано в учебниках).
Вычислим скорость распространения импульса:
Длина линии 51 м, время туда - сюда 574 нС, 102 м/504нС= 0,2 м/нС.
Отсюда импульс в проводнике занимает : 0,2 м/нС * 100 нС = 20 м
Вычислим "теоретический" ток импульса в начале линии:
Амплитуда импульса 5 вольт, волновое сопротивление 100 Ом, 5/100=0,05 А.
Аналогично вычислим ток "отраженного" импульса: 1,93/100=0,0193 А.
Видим, что затухание по напряжению 5/1,93=2,59 раза, 2,59/102=0,026 коффициент затухания на погонный метр.
Вычислим ток в конце линии:
Амплитуда импульса в кт4 0,35 вольт, 0,35/10=0,035 А
(использовано свойство трансформатора, трансформировать сопротивления, как квадрат коффициента трансформации)
Сравним "теоретический" ток с вычисленным (0,035 А):
0,05/(51*0,026)=0,0377 А, видно не плохое соответствие.
Определим энергию:
5 вольт*0,05 ампер*100 наносекунд=25 нано джоуль
Определим массу:
Для начала вспомним формулу нахождения кинетической энергии: Ек=(м*v^2)/2.
Нам известны скорсть-0,2 м/нС, энергия-25 нДж. Отсюда масса: 1,25*10^-24 кг (Йокто)
Оценим плотность:
Процесс происходит в витой паре проводов диаметром 1мм по изоляции, протяженность
20 м, объем 3,1415926535897932384626433832795e-5 м^3. Плотность 3,9788735772973833942220940843129e-20 кг/м^3
