Взял статью о медленных магнитных волнах с сайта Славы Горчилина. Конечно эти волны не магнитные, о чем поясню в конце статьи, но материал интересен, а при должном подходе применим на практике.
Для многих исследователей и любителей физики эти данные могут стать откровением, т.к. иногда частично, а иногда и полностью они будут выходить за рамки классических представлений о магнитном поле и волновых процессах в длинной линии.
В этой заметке мы расскажем об экспериментах и оборудовании для них, обсудим совершенно необычные их результаты, а затем поговорим и о генераторе на этом эффекте.
Из курса радиотехники мы знаем о волновых процессах возникающих в длинных линиях (ДЛ). Они хорошо описываются телеграфными уравнениями и теорией Максвелла, часто применяются на практике и хорошо изучены экспериментально. Главное отличие длинной линии от сосредоточенной — распределение пучностей тока и напряжения вдоль неё. В ДЛ такое распределение начинается при условии её длины равной 1/4 от длины волны, а сама волна распространяется вдоль ДЛ с около световой скоростью. Так всё и было до открытия медленных волн, которые позже Д. Смит назовёт — магнитными.
Рассмотрим простейшую схему с генератором G1, подключённым к длинной линии L2 через индуктор L1.
Найдём в ней такую частоту генератора, чтобы длина ДЛ стала равной 1/4 его длины волны. В этом случае, установится режим с пучностью тока в начале ДЛ и пучностью напряжения в её конце, что полностью соответствует классическим представлениям. Для магнитного поля это означает его максимум в начале ДЛ, а максимум электрического — в её конце, что и изображено на рисунке 1.2.
Как вы думаете, что в реальности будет с распределением магнитного поля (МП) вдоль ДЛ, если мы начнём уменьшать частоту генератора? С позиций классической радиотехники мы получим схему с сосредоточенными параметрами, где не должно наблюдаться перераспределения тока и напряжения. Но так ли это на самом деле?
Постепенно уменьшая частоту генератора сначала мы доберёмся до режима 1/8 длины волны, где, при определённых условиях, сможем наблюдать первое неклассическое явление —
отсутствие МП вокруг проводника по которому течёт ток.
А чтобы наблюдать ещё более необычное поведение МП, нам необходимо будет спуститься генератором до частот, соответствующих 1/100 (и меньше) от длины волны L2. Казалось бы, вот уже где никакого перераспределения МП мы не сможем увидеть, но именно здесь и начинается самое интересное!
Неклассическое распределение магнитного поля
Для исследования такого необычного поведения МП соберём ещё более простую схему (рис. 2.2).
К слову, можно оставить и предыдущую (1.1), но поскольку здесь электрическое поле здесь не выявляет никаких аномалий, и свободный конец L2 не нужен, то и индуктор L1 из схемы можно убрать. Те из наших читателей, кто ни разу не обращал своё внимание на такую аномалию, будут сильно удивлены, т.к. вместо ожидаемого постоянного распределения МП по длине катушки, в реальности мы будем наблюдать совсем другую картину.
Распределение МП в катушке будет таким, как изображено на рисунке (2.2), где положительные значения H соответствуют одному полюсу, а отрицательные — другому. Это соответствует полно волновому распределению в классической ДЛ с двумя явными отличиями: электрическое поле (E) здесь постоянно по всей длине, а график распределения магнитного смещён и показывается без модуля! Эти отличия представлены на рисунках 2.3 (распределение магнитного и электрического полей в классической полно волновой ДЛ) и 2.4 (распределение магнитного и электрического полей с медленными волнами).
Но как такое возможно? Ведь частота генератора G1 соответствует сотым долям классической длины волны. Здесь нужно вспомнить, что в теории длинных линий скорость распространения волны около световая, и от неё мы и отсчитываем длину волны. Если быть более точным, то в классике скорость волны в ДЛ считается, как скорость света умноженная на коэффициент, учитывающий свойства проводника. Но для меди или даже для изоляции провода это будут величины, немного отличающиеся от единицы, но никак не порядка 1/100. А значит, мы имеем дело с принципиально другим типом волн!
Пример. Катушка L2 намотана проводом диаметром 2мм на пластиковый каркас диаметром 50мм. Число витков — 150. Длина провода — 23.5м. Частота генератора G1 для получения 1/4 волны в такой ДЛ должна быть 3.2МГц. Но для медленных волн частота генератора составит всего порядка 15кГц.
Примечание: хоть электрическое поле и отражено на рисунке (2.4), на самом деле представляет собой очень маленькую величину, что вполне логично для таких низких частот.
Если внимательно почитать описание проведенных Горчилиным экспериментов, то там не все так просто. Эффект возникает не на всех катушках и только при использовании специально подобранных полевых транзисторов.
Если же взять данные из выше приведенного примера, то можно понять, что эффект соответствует длинне ультразвуковой волны по диаметру катушки. И этот ультразвук экспериментаторы упорно не замечают, как не замечал и сам Д. Смит.
Эффект возникает при использовании "плохого" транзистора. Смысл в том что мощные полевые ключи делаются из нескольких менее мощных, которые соединяют параллельно в одном корпусе. При быстром закрытии, один из транзисторов закрывается чуть раньше второго. Сборка сильно греется и шумит. И без этого шума не возникнет никаких чудес. Не имея желания покупать указанные Горчилиным транзисторы (слишком дорогое удовольствие), я ставил в параллель то, что есть, например IRF-640.
Катушку также нужно брать осознанно. Если мотаете проводом в ПВХ изоляции, диаметр медной жилы должен быть в 2-3 раза больше толщины изоляции. То есть меди в катушке должно быть больше чем изоляции.
Если же провод в эмали, нужно мотать плотно и внатяг. В таком варианте роль ПВХ изоляции выполняет каркас. Нужно чтобы за счет разности скоростей ультразвука в меди и изоляции возникала сдвиговая волна.
Весьма желательно подогнать частоту сдвиговой волны под кратность 1/2 LC резонанса. Например, частота генератора 16 КГц, а частота LC резонанса 1,6 МГц. В таком случае эффект будет в несколько раз сильнее.
Если все удачно сложится, вы получите радиантное излучение.
Экс от Alex:
Пьезодатчик регистрирует акустический резонанс.
