Резонансный трансформатор и некоторые его применения. Резонансный трансформатор - энергия из эфира

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.

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.

Инструкция для желающих потрогать ферро-резонанс "своими руками"

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.

Основы ЯМР

В сети Интернет в данный момент достаточно мало информации, где на простых практических опытах демонстрируется явление ЯМР, для не сильно подготовленной аудитории, например, для радиолюбителей. Восполним этот пробел. Вот видео наиболее интересного, классического эксперимента по ЯМР

Ядерный магнитный резонанс в земном поле за пять минут (попытки)

Вкратце ЯМР это резонанс атомов конкретно взятого вещества, на определенной частоте, находящегося в супер однородном магнитном поле определенной напряженности, идущей с поглощением этой радиочастоты. Поглощается радиочастота ядром атома примерно по тем же принципам как и поглощается радиочастота LC колебательным контуром с высокой (Q более 1000), но ограниченной добротностью, за счет чего излишки энергии переизлучаются атомом в виде тепла, на подобие как это происходит в не идеальном колебательном контуре или идеальном, но с параллельными и последовательными резисторами. Явление ЯМР можно наблюдать и без накачки, просто при смене сильного однородного поля на более слабое однородное поле повернутое на 90 градусов, годится даже откорректированное земное фоновое магнитное поле. Равномерность магнитного поля для обнаружения явления ЯМР в исследуемом образце крайне важна, так как ядерный магнитный резонанс очень узкий и при незначительной смене напряженности поля будет меняться и резонансная частота атомов, их фаза, что будет приводить к интерференции и уменьшению интенсивности частоты релаксации. При поглощении в неоднородном магнитном поле радиочастота будет поглощаться не всем объемом рабочего тела, а узким слоем, что может составлять менее 1% от рабочего тела, соответственно в однородном поле ЯМР будет наблюдаться у 100% атомов исследуемого вещества. В какой-то степени релаксационное излучение ядер атомов можно сравнивать со стрелкой компаса, которого извлекли из сильного поля и оставили в повернутом на 90 градусов, допустим фоновом поле. Стрелка будет испытывать колебания и чем слабее фоновое поле, тем ниже частота колебаний

Частоты ЯМР некоторых веществ в магнитном поле 2,3488 Тл

подробнее

Компьютерный анализ спектров химических сдвигов используется в ЯМР спектроскопии сложных молекул

Ядерный магнитный резонанс для неспециалистов (чайников)

Лекция-беседа о явлении магнитного резонанса (спектры и релаксация)

Spinus 2014 Чижик В. И.

Лекция-беседа о явлении магнитного резонанса (спектры и релаксация)

Основные явления, относящиеся к понятию «магнитный резонанс» - ядерный магнитный резонанс (ЯМР), электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР) - представляют собой интересные физические явления, связанные с излучением или поглощением электро-магнитных волн радиодиапазона при взаимодействии магнитных или электрических мультиполей ядер и электронов со статическими, переменными и флуктуирующими полями. Эти явления лежат в основе современных мощных методов исследования вещества на микро-, нано- и макро- уровнях. Целью этой лекции-беседы (конкретное изложение будет зависеть от интересов аудитории) является дать представление о ЯМР, ЭПР и ЯКР тем, кто приехал на Школу с «нулевыми» (или почти «нулевыми») знаниями о физике этих явлений, и, одновременно, оттенить те черты этих явлений, которые могут быть неизвестными или «слишком привычными» для широкого круга специалистов

Простая серийная лабораторная установка для студентов и простых экспериментов с ЯМР показана на видео

Простой учебный ЯМР-прибор для демонстрации эффекта ЯМР

ЯМР для «чайников», или Десять основных фактов о ядерном магнитном резонансе

Как самому собрать простой ЯМР спектрометр

Способов определения спектров ЯМР много. Например, как уже говорилось, можно пользоваться и эффектом поглащения радиочастоты на частоте ЯМР в магнитном поле. Однако чтобы изучить процесс шире и поставить определенные эксперименты прибор лучше делать методом детектирования частоты релаксации исследуемого образца. Для этого потребуется создать экранированный от электромагнитных наводок металлический не железный (не магнитный материал) шкаф. Слева и справа можно разместить две обмотки создающие поле первичной поляризации (сильное поле), а сверху и снизу размещают две обмотки создающие супер однородное поле для релаксации ядер атомов. Третья обмотка мотается, допустим на стакане, в котором будет размещаться исследуемый образец. Размещается эта обмотка в центре шкафа. К съемной обмотке можно подключить резонансный конденсатор, а можно этого и не делать, однако в случае такого конденсатора нужно учитывать, что будет наблюдаться и звон самого съемного колебательного контура. Съемный колебательный контур подключается через коаксиальной кабель к приемной аппаратуре находящейся в другом экранированном корпусе, находящемся рядом. В качестве приемной аппаратуры можно использовать даже радиоприемник на произвольной выбранной частоте или его блок усиления промежуточной частоты на 465 кГц или 10.7 МГц, но лучше самому собрать узкополосный усилитель, допустим с биквадратным перестраиваемым фильтром или узкополосный усилитель на любую оптимальную частоту лежащую в диапазоне от килогерц до мегагерц. Усилитель может выглядеть так

Научный прибор своими руками

Две внутренние обмотки для поля поляризации и поля релаксации подключают к блокам питания с вольтметрами и амперметрами и регулируемыми токами и/или напряжениями. На обмотку поляризации подается достаточно большой ток на короткое время, так как длительность поляризации не важна, а короткое время поляризации не позволит обмотке перегреться, даже если проходящий через нее ток будет достаточно большим. Вторая обмотка - обмотка поля релаксации может быть включена постоянно и она призвана создавать супер однородное не сильное поле, соизмеримое с земным фоновым или несколько большим. После выключения сильного поля поляризации образец оказывается в повернутом на 90 градусов поле релаксации заданным второй катушкой и начинает излучать радиочастоту, которую принимает приемная обмотка расположенная вокруг образца и подключенная к усилителю. Сигнал с усилителя можно наблюдать по осциллографу, лучше цифровому с режимом запоминания, так как длительность ЯМР звона в лучших случаях не превышает 1-2 секунды, но как правило меньше, хотя и должна быть больше, чем собственный звон приемной катушки

ЯМР в альтернативной энергетике

В альтернативной энергетике имеется несколько запатентованных изобретений, позволяющих получать энергию благодаря ЯМР. Однако отсутствие репликаций, практического использования и некоторые неточности делают эти патенты сомнительными документами.

Известен патент Michel Meyer - NMR Generator

Наибольшую известность имеют два патента по получению энергии на основе ЯМР

Французский патент FR2680613 Michel Meyer

Чешский патент. CZ 284333. ЯМР железа. 23.04.16

Первое, что бросается в глаза в чешском патенте это то, что речь идет о процессе ЯМР в атомах железа - 56 и превращении их в атомы железа - 54 в следствие низкоэнергетической ядерной реакции. Здесь явно присутствует ошибка или неточность в описании (!!!), так как ЯМР Fe56, так же как и Fe54 невозможен (!!!). Читаем краткую справку в википедии по изотопам железа и их спинам

Видим, что Fe-54 так же как и Fe56 имеют 0+ (нулевой спин), а ЯМР при нулевом спине невозможен, о чем также читаем в википедии в определении ЯМР

Однако с точки зрения LENR реакция может быть, хотя зачем тогда ЯМР непонятно

АТОМИСТИКА. ЯМР. ЧЕШСКИЙ ПАТЕНТ. 22.11.17

Изобретение оказывает дистанционное каталитическое воздействие или обеспечивает активацию ядер, что способствует поддержанию, ускорению или инициации потенциальной химической или ядерной реакции, которая в противном случае либо не могла бы протекать, либо протекала бы в очень медленном ритме

Патент РФ 2348051 http://www.freepatent.ru/patents/2348051

Однако точность в описании процессов расписанная в патенте вызывает некоторые сомнения в плане его прямого отношения к ЯМР и ЭПР, а больше напоминает грубый малоизбирательный способ осуществления LENR по принципу лишь бы как

Среди альтернативщиков хорошо известно такое устройство как ТПУ Стивена Марка , однако на данное устройства нет известных патентов и никакой официальной информации и тем не менее информация об устройстве широко распространена и многие экспериментаторы пытаются его повторить. Результативность таких экспериментов противоречива, но есть смысл рассказать об основных принципах работы устройства. Устройство работает на перпендикулярных магнитных полях, что позволяет заподозрить в основе работы устройства вращение протонов атомов меди.

Схематично берется катушка индуктивности диаметром 10 см и количеством витков равное 40, намотанная литцендратом, это основная резонансная намотка, параллельно ей мотается обмотка в 40 витков намотанная одножильным проводом. Вокруг этого кольца наматываются 3-4 обмотки с количеством витков 5-10 толстого провода и подключаются эти обмотки к ключам, которые срабатывают по очереди, по принципу бегущего огня с небольшим нахлестом, создавая как бы вращающееся по кругу магнитное поле, частота вращения поля лежит в диапазоне 1.8-2.5 МГц.

Одна из возможных схем ТПУ Стивена Марка с обратной связью по питанию (самозапит) представлена ниже

Попытки запустить генератор Стивена Марка

Среди людей интересующихся альтернативной энергетикой хорошо известен такой деятель, как Роман Карнаухов, он же фигурирует под псевдонимом Акула.

На видео ниже он показывает в Германии кольцо Стивена Марка мощностью 1 Ватт в режиме самозапита, а далее разбирает его в присутствии интересующихся людей, чтобы показать отсутствии спрятанных химических источников энергии

Здесь Акула подробно рассказывает о принципе действия кольца ТПУ Стивина Марка

Однако, на данное время нет достоверных данных, о том, что кто-либо повторил работу этого устройства должным образом

О ЯМР в металлических проводниках и ферромагнетиках

Если в качестве исследуемого образца брать не жидкости или растворы солей металлов, а токопроводящие материалы, то излучение ЯМР этих образцов будет иметь свои особенности, при этом подойдет не любой способ исследования. Например, способ основанный на пропускании радиосгнала через образец может не дать корректного результата, так как металл может поглощать или отражать радиоволну исключительно за счет своих токопроводящих свойств, а не за счет ЯМР. В этом случае интересней способ основанный на поляризации образца в сильном поле и релаксации атомов образца в повернутом на 90 градусов слабом супер однородном магнитном поле. Но и здесь не все так просто.

Для примера возьмем медный цилиндр. Медь является диамагнетиком и в природе встречается 2 изотопа Cu-65 и Cu-63 в соотношении 27% к 73% соответственно. ЯМР этих изотопов имеет разные частоты. Медь-63 (Cu-63) имеет частоту ЯМР 26.505 МГц в поле напряженностью 2.3488 Тл

Слабые диамагнитные свойства меди делают ее легко проницаемой для постоянного магнитного поля, однако сигнал релаксации ядер цельного медного цилиндра может подавляться токами Фуко и сомнительно, что образец в виде цельного медного цилиндра даст хороший звон, способный выйти из образца ввиде переменного магнитного поля, это же явление делает неприменимым способ основанный на прохождении радиочастотного магнитного поля на частоте ЯМР сквозь образец. Поэтому проще всего исследовать раствор медной соли, например, хлорид меди или медный купорос. Но если нас интересует цельная металлическая медь, то форма образца играет большую роль.

Наиболее интересная версия заключается в том, чтобы образец сделать в форме катушки индуктивности, однако для чисто исследовательского эксперимента эту индуктивность не следует дополнять колебательным контуром, так как он будет давать самостоятельный звон при смене поля, который можно перепутать со звоном ЯМР. Провод лучше брать тонким, чтобы убрать токи Фуко. Длинна провода также важна и может быть достаточно большой, дабы увеличить количество вовлеченных в процесс ядер, но не столько большой, чтобы не начал проявляться волновой резонанс, который может также нарушить чистоту эксперимента. Чтобы еще больше увеличить количество вовлеченных в процесс ядер проводник можно сделать многожильным ввиде нескольких параллельных тонких проводов, так называемый литцендрат. В некоторых случаях для увеличения чистоты эксперимента все другие катушки в системе, кроме исследуемого образца необходимо выполнить из другово металла, не из меди, но и не из железа, например, подойдет золото или гораздо более дешевое серебро, алюминий также нежелателен, так как имеет близкие к меди частоты ЯМР. Как вариант исследуемый образец может выступать в качестве съемной катушки, однако это не следует делать основным способом, а делать лишь дополнительным экспериментом, так как собственные резонансные свойства съемной катушки могут сбивать общие показания

Магнитные свойства меди

Передача энергии через магнитные моменты атомов окружающего вещества

Владимир Ильич Бровин, инженер, изобретатель , имееющий несколько действующих патентов РФ 2075726, 2444124, 2551806

обнаружил, что энергия от одной катушки индуктивности задействованной в схеме качера к другой катушке индуктивности задействованной в схеме детекторного приемника мощности передается линейно, что противоречит законам Ампера и Био-Савара. После многочисленных экспериментов Бровин пришел к выводу, что энергия от одной катушки индуктивности к другой передается не только через магнитное поле, как это могло бы происходить в вакууме, а еще и через магнитные моменты атомов окружающего катушки вещества

взято здесь:

- "Качер вызывает в течение единиц наносекунд «кивок» (так кратко я называю механическое перемещение магнитных моментов атомов вещества, совершающееся под действием магнитных полей в парамагнетиках, и прецессию, вызываемую в диамагнетиках) магнитных моментов атомов, составляющих окружающее индуктор пространство вдоль магнитных силовых линий, образуемых индуктором. Магнитные моменты кивают не одномоментно, а в течение некоторого промежутка времени, подобно падающим костяшкам домино, от более плотной упаковки в объеме вблизи индуктора, к более рыхлой вдали от него"

-" Я предполагаю, что вблизи индуктора должна быть максимальная концентрация кивков, возбуждаемых индуктором. Кивки передаются на периферию связанными магнитным полем цепочками, и поглощают энергию от индуктора в течение наносекунд, вызывая этим экстраток самоиндукции. Вдоль оси цепи, составленной из магнитных моментов атомов, удаляющихся от индуктора в периферию, напряженность магнитного поля больше, чем в других направлениях (в моем представлении магнитный момент атома - это логическая сумма составляющих атом магнетонов - квантовых констант). Плоскость рамки приемника, пересекающая некоторое количество цепочек, (магнитный поток) при приближении к индуктору захватывает большее количество цепочек, при удалении - меньшее. Этим и определяется прямо пропорциональная зависимость передачи энергии от индуктора к приемнику, что и подтверждается экспериментом "

-"Новый взгляд на явление появился, когда я понял, что следует учесть экстратоки самоиндукции. Экстраток - это такое же поглощение энергии, которое наблюдается при ядерном магнитном резонансе "

Формула открытия

- " Проводник, являющийся индуктивностью, с током продолжающимся от десятков и менее наносекунд, создает в окружающем пространстве намагниченность проявляющуюся в механическом изменении положения магнитных моментов атомов окружающего активную и приемную индуктивности вещества, и это позволяет передавать энергию от активной индуктивности к приемной не только через собственно магнитное поле активной индуктивности, но и от изменяющегося механического перемещения магнитных моментов окружающего индуктивности вещества. В результате изменение энергии в приемной индуктивности в зависимости от расстояния происходит по закону U=U0(1 - kX) "

Профессиональные ЯМР спектрометры

Профессиональные ЯМР спектрометры представляют собой сложные, крупногабаритные и дорогостоящие приборы. Среди них, например,

ЯМР-АНАЛИЗАТОР ХРОМАТЭК-ПРОТОН 20М

Внесён в Государственный реестр средств измерений РФ под № 24791-08.

ЯМР-анализатор ПРОТОН 20М предназначен для измерения амплитудно-релаксационных характеристик протоносодержащих веществ при контроле показателей качества продукции и параметров технологических процессов, позволяет проводить быстрое и неразрушающее исследование веществ в любом агрегатном состоянии.

Принцип действия ЯМР-анализатора ПРОТОН 20М основан на явлении резонансного поглощения веществом радиочастотной электромагнитной энергии импульсов.

Вещество в пробирке помещается в однородное магнитное поле. Спины ядер вещества начинают прецессировать вокруг направления магнитного поля с частотой ядерного магнитного резонанса. При приложении импульсов слабого радиочастотного излучения ориентация спина ядер изменяется. После окончания действия импульса ядра возвращаются в первоначальное состояние, испуская ЯМР-сигнал, который регистрируется анализатором. Амплитуда сигнала зависит от количества резонирующих ядер, а времена ядерной магнитной релаксации от окружающей структуры ядер образца. По амплитуде сигнала и временам релаксации можно судить о физико-химических свойствах исследуемых веществ

Подробнее

Литература

Инструкция для желающих потрогать феррорезонанс «руками».

Для успешных испытаний нужен трансформатор с быстро разбираемым железом марки ОСД или ему подобные мощностью 100…300Вт. Подходят от старых ламповых телевизоров. Удобны в работе трансы стержневого типа (две обмотки на разных стержнях). Разобранный транс мощностью 150Вт такого типа удобен в быстрой смене катушек на новые или перемотке старых. Но и трансы броневого типа дадут такой же результат. Для приведенного описания взят транс 150Вт сердечник стержневого типа, на котором по обе стороны две катушки. Левая половина сетевой обмотки 130В (сопротивлением 7.7 Ома, диаметр провода 0.5 мм сечение 0.2 мм.кв индуктивность 0.2Гн) такая же обмотка с правой стороны использовалась для подключения нагрузки лампы накаливания 220В на 100Вт. 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, а по сопротивлению емкость резонансного конденсатора. Индуктивность 0.2Гн частота 50Гц:

Рис. 1

Можно ставить расчетную емкость, но чтобы попасть в насыщение сердечника емкость увеличивают на 15…20%.(поясню ниже). Теперь мы готовы к сборке схемы:

Рис. 2

Смотрите рис. 2 съем мощности с дросселя. Включаем ЛАТР 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 ЛАТР 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, так как 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 вольтамперную характеристику (ВАХ) контура. Для этого совместим на одном графике ВАХ дросселя и ВАХ емкости. Подключаем дроссель к ЛАТРу и, меняя напряжение на дросселе и, замеряя ток для каждой точки, строим ВАХ характеристику достаточно 4…6 точек. На практике выглядит так. К ЛАТРу подключают только дроссель и, увеличивая напряжение с шагом 20….30В 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. 3.

Рис. 3

По этому графику легко найти величину емкости для резонанса(точка "тр" на рис. 3) или с помощью ЛАТРа построить на этом же графике ВАХ конденсатора, хватит двух точек так как она линейна (50мкФ на рис. 3). По разности напряжений ВАХ дросселя и конденсатора строится результирующая ВАХ резонансного контура (красная кривая на рис. 3) по этой характеристике видно, как на карте, точки входа схемы в резонанс (т.2 рис. 3) и выхода из него (т.3 рис. 3), токи при которых схема работает в резонансе (от т.4 до т.3), короче не проводя глобальных расчетов можно найти любой параметр. На рис. 3 ВАХ для моего транса. Точка "нн" начало насыщения сердечника. Точка "тр" пересечение характеристик катушки и емкости линия резонанса.

При напряжении Uр 85В вход в резонанс скачком из т.2 в т.4 ток при этом подпрыгивает с 0.8 до 3.4А. А дроссель рассчитан на 1А куда идет лишка – в нагрев. То есть для нормальной работы дросселя нужно увеличить сечение провода. Теперь уменьшим емкость резонансного конденсатора до 30мкФ рис. 4.

Рис. 4

ВАХ смещается к началу насыщения сердечника, а скачек тока уменьшается до 2А. При дальнейшем уменьшении емкости система может не войти в резонанс или резонанс будет неустойчив. При увеличении емкости картина будет противоположной (см. график емкость 90мкФ рис. 5).