Резонансный трансформатор А.Андреева

Инструкция для желающих потрогать ферро-резонанс "своими руками"

Для успешных испытаний нужен трансформатор с быстро разбираемым железом марки ОСД или ему подобные мощностью 100…300 Вт. Подходят от старых ламповых телевизоров. Удобны в работе трансы стержневого типа (две обмотки на разных стержнях). Разобранный транс мощностью 150 Вт такого типа смотри фото удобство в быстрой смене катушек на новые или перемотка старых. Но и трансы броневого типа дадут такой же результат.

Для приведенного описания взят транс 150 Вт сердечник стержневого типа, на котором по обе стороны две катушки. Левая половина сетевой обмотки (130 вольт сопротивлением 7,7 Ома). Диаметр провода 0,5 мм, сечение 0,2 мм кв., индуктивность 0,2 Гн, такая же обмотка с правой стороны использовалась для подключения нагрузки лампы накаливания 220в на 100ват. 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. Индуктивность 0,2 Гн, частота 50 Гц по сопротивлению емкость резонансного конденсатора:

Можно ставить расчетный, но чтобы попасть в насыщение сердечника емкость увеличивают на 15…20 % (поясню ниже). Теперь мы готовы к сборке схемы. Смотри рисунок съем мощности с дросселя. Включаем латер 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 латер 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, т.к. 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 вольт амперную характеристику (ВАХ) контура. Для этого совместим на одном графике ВАХ дросселя и ВАХ емкости. Подключают дроссель к латеру и, меняя напряжение на дросселе и замеряя ток, для каждой точки строим ВАХ характеристику достаточно 4…6 точек. На практике выглядит так. К латеру подключают только дроссель и увеличивая напряжение с шагом 20… 30 В 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 6).

По этому графику легко найти величину емкости для резонанса(точка тр на рис. 6) или с помощью латера построить на этом же графике ВАХ кондера хватит двух точек так она линейна. (50мкф на рис. 6) по разности напряжений ВАХ дросселя и кондера строится результирующая ВАХ резонансного контура (Красная кривая на рис. 6) по этой характеристике видно как на карте точки входа схемы в резонанс(Т2 рис. 6) выхода из него (Т3 рис.6) токи при которых схема работает в резонансе(от т4 до т3), короче не проводя глобальных расчетов можно найти любой параметр. На рисунке 6 ВАХ для моего транса. Точка нн начало насыщения сердечника. Точка тр пересечение характеристик катушки и емкости линия резонанса.

При напряжении Uр=85 В вход в резонанс скчком из т2 в т4 ток при этом подпрыгивает с 0,8 до 3,4 Ампера. А дроссель расчитан на 1А куда идет лишка - в нагрев. То есть для нормальной работы дросселя нужно увеличить сечение провода. Теперь уменьшим емкость резонансного конденсатора до 30 мкф. Рис 9.

ВА смещается к началу насыщения сердечника а прыжек тока уменьшается до 2 А. при дальнейшем уменьшении емкости система может не войти в резонанс или резонанс будет неустойчив. При увеличении емкости картина будет противоположной (см график емкость 90 мкф).

Выбирай но осторожно. думаю понятно имея характеристики разных катушек и емкостей можно высчитать поведение контура даже не включая его в розетку.

Соберем схему резонанса напряжений с отбором нагрузки со вторичной обмотки. В качестве нагрузки удобно использовать лампы накаливания ват по 20…40 увенчивая мощность параллельным включением. Дешево а главное наглядно. Введем схему в резонанс при 85 В т4 рис 6. И начнем увеличивать нагрузку. И вот он катаклизм и парадокс. Нагрузка растет а мощность потребления контуром падает. Контур движется из т4 в т3 и далее выход из резонанса

Нагрузку можно воткнуть и в параллельный контур (резонанс токов). Результат будет аналогичный только прыжок не по току а по напряжению. контур надо питать источником тока. Подойдет или мощный реостат или емкость в виде баластника.

Все графики сделаны по реальным испытаниям резонанса проведены 2005 г. при разных значениях емкостей 45,50,90 мкф. Поэтому любой параметр ток или напряжение можно взять из графика. При нагрузке сто ват (схема на фото) Из розетки тянет восемьдесят. И это на стандартном трасе. Думаю что проще уже некуда. Фото сделал вчера. Собрал на скорую руку, благо транс валялся, хоть и разобранный, но рядом.

Насчет простоты. Ясно, что это для красного словца. Даже проведение таких простейших опытов требуют времени и материальных затрат. Трансы хоть и бу но не дешевы. Конденсаторы больших емкостей еще дороже. Кстати, о емкостях - это только фазосдвигающие кондеры для моторов или гасители реактивной мощи. Электролиты не годятся. И еще питание резонансного контура от сети это явное расточительство и годится только для наработки опыта. Это можно проверить Если запитать рез контур через диод (диод помощнее), то есть половиной синусоиды контур упорно продолжает выдавать синус. Вспомним тесла питание его катушек только от однополярных импульсов а это блокинг-генератор.

Тому, кто хочет строить доказательную схему или мини черпачок. Схему резонанса токов (она лучше всех подходит) запитать от блокинг-генератора катушки, которого можно намотать прямо на железо дросселя. Можно, как у М, выполнить отдельным блоком. Частоту поднять, но для железа не выше килогерца оптимально 400 Гц. Совет тем у кого, как говорят, выпадает из резонанса под нагрузкой. Для начала получите результат на конкретную нагрузку. Лампа накаливания или двигатель.

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.

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.

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.

Еще в начале этого века Аркадьев (7] высказал мысль, что в переменных магнитных полях в ферромагнитных телах должен наблюдаться резонанс элементарных носителей магнитного момента - естественный ферромагнитный резонанс, и он же впервые наблюдал подобный ферромагнитный резонанс в железных и никелевых проволоках. Впервые объяснение этого явления было дано Дорфманом (13]. В 1935 г. Ландау и Лифшиц разработали общую теорию поведения ферромагнитных кристаллов в переменных магнитных полях с учетом структуры ферромагнитных областей и получили формулу для ферромагнитного резонанса. Позже Киттель , обобщив результаты исследования Ландау и Лифшица, учел действие поверхности образца и магнитной анизотропии и получил для резонансной частоты формулу

где - гиромагнитное отношение элементарных носителей магнитного момента, постоянное магнитное поле, направленное по оси составляющая намагниченности насыщения вдоль этого направления, размагничивающие факторы вдоль осей члены, учитывающие влияние магнитной анизотропии.

В частном случае, когда, например, образец представляет собой тонкую пластинку и поле направлено параллельно плоскости пластинки, Пренебрегая поправками на анизотропию формулу (14.1) запишем

Если внешнее поле направлено перпендикулярно плоскости пластинки, то Резонансная частота определяется в этом случае так:

Для образца в форме шара имеем

Поправочные члены в общем случае имеют сложный вид , но для кристаллов кубической формы, если плоскость совпадает с плоскостью , эти члены определяют по следующим простым формулам:

где угол между полем и направлением , а постоянная анизотропии.

Формулы (14.5) дают возможность определить константу анизотропии.

Ферромагнитный резонанс во внешнем магнитном поле в никеле и железо-кремневых сплавах изучал Завойский , который создал высокочувствительную установку, основанную на методе вариации потерь в контуре. Почти одновременно этот эффект в ферромагнитных металлах обнаружил Гриффите . Он применял для этой цели волновод с полым резонатором. В дальнейшем это явление было исследовано в других металлах и в ферромагнитных полупроводниках - ферритах . В этих и многих других работах определяли ширину резонансной линии и ее изменение с температурой и рассчитывали гиромагнитное отношение у или значение фактора Ланде Оказалось, что между значениями определенными из опытов по ферромагнитному резонансу и из гиромагнитных опытов, есть расхождение. В последнее время ферромагнитный резонанс исследовали в ферромагнетиках нового типа, ферритах со структурой граната . У ферритов-гранатов обнаружена самая узкая ширина резонансной линии

Ферромагнитный резонанс можно исследовать при помощи резонансной полости, в которую помещают исследуемый металл в форме пластинки или образец из его порошка. При этом производят измерение добротности полости. На рис. 111 показана принципиальная схема установки для исследования ферромагнитного резонанса, которая была применена в работе .

Источником высокочастотных колебаний является клистронный генератор 1. Прямоугольные колебания подают на отражатель, который модулирует высокочастотные колебания. Калиброванный аттенюатор 3 регулирует амплитуду этих колебаний, которые частично отражаются резонансной полостью, расположенной на одном конце волновода. Отраженная мощность микроволнового

излучения поступает в кристаллический детектор 12 через направленный ответвитель 4 и выпрямляется. Затем выпрямленный сигнал проходит через узкополосный усилитель 14 и синхронизированный детектор.

При отражении высокочастотных колебаний от резонансной полости образуются стоячие волны, коэффициент которых можно измерить при помощи индикатора стоячих волн.

Рис. 111. Блок-схема установки для изучения ферромагнитного резонанса: 1 - клистрон, 2 - генератор прямоугольных колебаний, 3 - калиброванный аттенюатор, 4 - направленный ответвитель, 5 - индикатор стоячей волны, 6 - слюдяное окошко, 7 - трубка, соединяющаяся с насосом, 8 - охлаждающая водяная рубашка, 9 - полюсные наконечники электромагнита, 10 - резонансная полость, 11 - печь, 12 - кристаллический детектор, 13 - аттенюатор, 14 - узкополосный усилитель, 15 - синхронизированный усилитель, 16 - спектральный анализатор, 17 - катодный осциллограф, 18 - исследуемый образец

Для определения частотных характеристик кристаллического детектора 12 и усилителя 15 используют калиброванный аттенюатор 3. В случае необходимости высокочастотные колебания можно направить в спектральный анализатор 16, где с помощью волномера измеряется частота. Резонансная полость 10 прямоугольного сечения является частью волновода. С одной стороны она заканчивается пластиной из ферромагнитного материала, а с другой - связана с окошком волновода, через который можно возбуждать колебания определенного типа. Следует отметить, что размеры диафрагмы (окошка) выбирают таким образом, чтобы резонансная полость имела слабую связь с волноводом. Отраженная мощность излучения должна составлять 10-20% падающей мощности.

Резонансную полость с образцом помещают в пространство между полюсами 9 электромагнита, создающего постоянное магнитное поле напряженностью до 1,6» 106 а/л. Ширина зазора между полюсами электромагнита позволяет поместить там резонансную полость вместе с печью 11 для проведения исследования при различных температурах. Температуру измеряют с помощью

платино-родиевой термопары, один конец которой прикреплен к торцовой стенке резонансной полости. Для предохранения стенок полости от окисления в ней создан вакуум порядка

Волновод охлаждается проточной водой, которая протекает через охладительную рубашку.

При проведении эксперимента необходимо особое внимание уделить изготовлению образца из исследуемого материала. При этом следует помнить, что образцы не должны иметь внутренних напряжений и поверхностных загрязнений, так как глубина проникновения высокочастотного электромагнитного поля равна приблизительно Для изготовления образцов можно использовать электролитическую фольгу толщиной После того как из фольги будут вырезаны образцы нужных размеров, их припаивают золотом к держателю из меди, имеющему вид диска, и подвергают температурному отжигу в течение часа при -Затем образец вместе с печью медленно охлаждается до комнатной температуры. Чтобы поверхность образца была гладкой, ее полируют. После всех этих операций образец припаивают серебром к концу волновода. Следует помнить, что припой не должен проникать на внутреннюю поверхность стенок волновода. Поэтому пайку следует проводить аккуратно и желательно в атмосфере очищенного водорода. Чтобы убедиться в правильности проведенной пайки, нужно провести исследование с другой полостью, в которой образец плотно прижимается к узкому краю стенки волновода. При измерениях частота медленно изменяется до тех пор, пока минимальное отражение в направленный ответвитель не покажет на резонанс в полости. Коэффициент стоячей волны напряжения в момент резонанса выражается так:

где и - потери в медной и ферромагнитной стенках, - внешняя добротность, которая определена как отношение запасенной энергии к энергии, расходуемой на внешней нагрузке, добротность ненагруженной полости.

Для вычисления коэффициента стоячей волны можно также использовать формулу

где отраженная мощность на выходе направленного ответвителя.

При применении последней формулы не нужно знать зависимость в функции постоянного магнитного поля Но при различных температурах. В этом случае при каждом цикле измерения измеряется индикатором стоячей волны только при двух значениях В других точках определяют только Нахождение

коэффициента стоячей волны последним методом дает более точные результаты, особенно вблизи максимума поглощения, где становится очень большим. Полную добротность полости определяют по измерению зависимости коэффициента стоячей волны напряжения от частоты. Применяя соотношение (14.6) и формулу

можно найти

Добротность вычисляют из геометрических размеров резонансной полости и из данных проводимости меди. Тогда, используя формулу (14.6), можно рассчитать а для вычисления проницаемости применить формулу

где добротность стенки при условии, что ее проницаемость равна единице.

Вычисление по формуле (14.9) дает значение этой величины, которое отличается от истинного раза в три и более, что связано с большой ошибкой в определении Такая погрешность является результатом различных дефектов на поверхности образца, потерь в местах припоя и в зажимных соединениях. Чтобы избежать этих ошибок, обычно берут два значения проницаемости которые соответствуют двум значениям магнитного поля Но и Но, и для них определяют коэффициенты стоячей волны Тогда из соотношений (14.6) и (14.9) можно получить выражение следующего вида:

За эталонное значение берут предельное значение проницаемости для больших значений магнитных полей Но. Ошибка, при определении абсолютных значений этим методом довольно велика и может достигнуть

Установка, показанная на рис. не дает возможности вести измерения при различных частотах и, как уже отмечалось выше, имеет сравнительно невысокую точность измерения.

Лазукин для изучения ферромагнитного резонанса применил метод, основанный на использовании стоячих волн внутри коаксиального волновода, куда помещают исследуемый образец. Этот метод в некоторой мере устраняет отмеченные выше недостатки. У коаксиального волновода отсутствует излучение электромагнитной волны во внешнее пространство и его можно использовать в широком диапазоне частот. Измерительная линия в этой

установке состояла из латунной трубки с внутренним диаметром Вдоль оси этой трубки расположен стержень диаметром Один конец трубки соединен с генератором сантиметровых волн, на другом ее конце находится исследуемый образец, который вставлен внутрь линии. Генератор подключали к измерительной линии с помощью коаксиального кабеля или специальной генераторной головки.

Для получения лучшей стабильности частоты осуществлялась двойная стабилизация питающего напряжения: ферромагнитным и электронным стабилизаторами. Это давало возможность поддерживать частоту клистрона с точностью до 0,1%. Чтобы нагрузка в линии не влияла на режим работы генератора, между нагрузкой и генератором вводили поглощающее сопротивление, которое обеспечивало нужную развязку. Измерительная линия на протяжении имела узкую щель, через которую в полость вводили зонд, укрепленный на каретке. Каретка могла свободно перемещаться вдоль щели с помощью микрометрического винта. Положение каретки и зонда отсчитывали с точностью до

Энергия резонатора отсасывалась прямоугольной петлей и подавалась на высокочастотный кристаллический детектор, который был соединен с высокочувствительным гальванометром. При погружении зонда в измерительную полость изменение интенсивности колебаний не наблюдалось до глубины погружения, а форма волны заметно искажалась только при погружении зонда на

Исследуемое вещество применяли в виде порошков и лент. Из мелкодисперсного порошка - ферромагнетика и диэлектрика приготовляли смесь, из которой затем изготовляли нужной формы образец. Размеры зерен порошка не превышали а объемная концентрация ферромагнитной компоненты составляла 60-70%. Такие условия обеспечивали изоляцию зерен друг от друга.

Для определения комплексной магнитной проницаемости измеряли коэффициент стоячей волны смещение узлов длину волны и толщину образца Измерение длины волны производили по двум узлам стоячей волны напряжения. Положение узла отмечали как среднее между двумя положениями зонда по обе стороны узла в тот момент, когда ток через детектор имел одинаковое значение. Два последовательных положения минимума позволяют определить смещение узлов стоячей волны Если коэффициент стоячей волны нельзя измерить непосредственно как отношение то он рассчитывается по формуле

где сила тока, измеренная в минимуме и на расстоянии х от узла.

Исследование резонансного поглощения производили в следующем порядке. Прежде всего образец помещали в измерительную линию около поршня и вместе с ней располагали между полюсами электромагнита. Не меняя частоту генератора, измеряли смещение узлов и коэффициент при нескольких значениях напряженности магнитного поля. Затем образец перемещали на расстояние четверти волны от поршня, опять устанавливали в прежнее положение между полюсами электромагнита и производили те же измерения.

В заключение рассмотрим высокочувствительную схему, основанную на использовании разделительного кольца . Эта схема позволяет наблюдать ферромагнитный резонанс на частоте На рис. 112 показана блок-схема установки.

Как видно из рисунка, мощность микроволнового излучения от клистронного генератора 1 подается через плечо на разделительное кольцо 2. В кольце мощность делится на две части, которые поступают в плечи II и IV. В плече II имеется волновод с поршнем, к которому прикрепляли исследуемый образец. Отраженная мощность в плече II делится между плечами и III. В плечах III находится детектор. Ферритовые вентили 12, находящиеся в плечах развязывают генератор от разделительного кольца и не дают возможности пропускать отраженную мощность от трактов III и IV. Для получения постоянного магнитного поля напряженностью до используют электромагнит, полюсные наконечники которого имеют диаметр

Рис. 112. Блок-схема установки с разделительным кольцом для исследования ферромагнитного резонанса: 1 - генератор, 2 - разделительное кольцо, которое заменяет двойной тройник, 3 - отрезок волновода с поршнем и образцом, 4-датчик измерителя поля, 5 - детектор, 6 - протонный измеритель напряженности поля, 7 - усилитель низкой частоты, 8 - осциллограф, 9 - электромагнит, 10 - волномер, 11 - согласователи, 12 - ферритовые вентили, 13 - держатель образца, 14 - исследуемый образец, 15 - модулирующие катушки

Кривые резонансного поглощения наблюдают на экране осциллографа, развертка луча которого синхронизирована с частотой модулирующего поля, создаваемой катушками 15. Исследуемые образцы можно использовать или в виде полушара (монокристаллы) диаметром от 2 до или в форме шариков (поликристаллы) диаметром от 1 до Эта установка позволяет исследовать ферромагнитный резонанс как при комнатных, так и при низких температурах.

Как мы уже отмечали, ширина резонансной кривой поглощения показывает зависимость поглощаемой мощности в исследуемом образце от величины постоянного магнитного поля. Эту величину определяют ядерным или парамагнитным датчиком, который помещают в магнитном поле рядом с образцом. На кривой поглощения, наблюдаемой на экране осциллографа, есть метка датчика, соответствующая кривой поглощения ядерного или парамагнитного

резонанса. Эта метка и дает возможность измерить ширину кривой поглощения.

В работе разработан метод определения ширины линии по изменению частоты высокочастотных колебаний. Для этой цели применяют эхорезонатор, метка от которого находится также на кривой поглощения. Этот способ измерения ширины линии в основном применяют для измерения очень узких кривых поглощения.