Электрический ток не появляется и не исчезает в электрической цепи мгновенно. Капитан Очевидность в лице деятелей науки наполнил это явление фантазиями о токах, которые возникают не иначе чем в иной вселенной и противодействуют резкому изменению тока в электрической цепи. Данная фантазия получила название - самоиндукция.
Силы противодействия самоиндукции всегда скомпенсированы током в цепи, поэтому прямых доказательств самоиндукции с демонстрацией магнитного поля образованного самоиндукцией у науки нет и быть не может. Приборов, способных измерить самоиндукцию так же не существует.
Вы нигде не найдёте описаний физической основы, той сути, которая вызывает данное противодействие. Причины находятся за пределами придуманной для физиков картины мира.
Среда препятствует проскальзыванию колёс автомобиля по поверхности земли, при этом никакой энергии сила трения сцепления не создаёт. По аналогии с силой трения, самоиндукция не формирует какой либо энергии проявленной в физике нашего мира, это внешняя реакция среды на резкое изменение тока и по определению "проявляется в замедлении процессов исчезновения и установления тока".
Вопрос. Почему силы противодействия, которых множество - трение, кипение, инерция, самоиндукция, в которых содержатся неподдающиеся осмыслению объёмы энергии, не изучаются? Почему физическая суть сил противодействия и возможности их использования всегда за кадром, всегда в тени, на них никогда не делается акцент, как если их не существует вовсе? Наука выступает только в роли посредственного статиста, который лишь фиксирует влияние температуры, давления, концентраций в тех или иных процессах.
Если Вы хотите остановить летящий на Вас мяч, Вы протягиваете ему навстречу руку и создав силу противодействия останавливаете мяч. Чудес не бывает, без внешнего воздействия, сам по себе ни мяч, ни электрический ток в цепи не остановятся.
По цепи течёт ток, самоиндукции нет. После разрыва цепи ток стал убывать, возникла сила противодействия. Силы не было и вот она возникла - откуда она, вопрос открытый, но очевидно появление в системе внешней энергии, вызванной силами противодействия.
Чтобы воспрепятствовать мгновенному исчезновения и образованию тока в электрической цепи, внешние силы противодействия (самоиндукция) формируют энергию. Данная энергия является энергией среды, а значит к источнику питания отношения не имеет. Математически то, что энергия сил противодействия является внешней, показывает знак минус в формуле определения ЭДС самоиндукции E=-L*ΔI/ΔT.
Самое верное не разгребать авгиевы конюшни научного мыслетворчества, а собрать стенд, состоящий из катушки индуктивности, генератора сигналов, осциллографа и полупроводникового ключа разрывающего цепь с включением нижнего уровня и самостоятельно исследовать процессы происходящие при разрыве соединения.
Далее по тексту словосочетание "явление самоиндукции" будет заменяться синонимом "внешние силы противодействия" - это более точно характеризует физическую суть явления и позволяет лучше понять происходящие процессы.
Жёлтый луч осциллографа подключен непосредственно к затвору транзистора, поэтому на осциллографе меандр с искажёнными фронтами. Но это более точно даёт понимание момента полного закрытия транзистора, отмечен вертикальным курсором. Зеленый луч осциллографа подключен к датчику тока - ферритовое кольцо с намотанным на него литцендратом и резистором 10R с которого снимаются изменения тока. Ферритовое кольцо датчика тока должно быть высокочастотным иначе импульс длительностью в сотни наносекунд на экране осциллографа Вы не увидите.
В момент разрыва электрической цепи сопротивление канала стремится к бесконечности и как только транзистор оказывается полностью закрытым, ток начинает уменьшаться. Вы можете видеть и должны понимать, что "заслуга" самоиндукции состоит только в противодействии мгновенному исчезновению тока в цепи. Никакими другими чудодейственными свойствами данная сила не обладает.
Положительная область координатной сетки осциллографа - движение тока от плюса источника к его минусу. Похоже, что самоиндукция не рассчитала своих сил и не только остановила электроны, но и отправила их в обратное путешествие по проводнику.
Если в механике мерой инертности тела является масса, то в электричестве этой мерой является индуктивность проводника, которая зависит только от геометрических размеров контура и магнитных свойств среды в которой он находится.
Ещё одним свойством, которым незаслуженно наделяют самоиндукцию, является высоковольтный импульс, который образуется в точке разрыва. К стоку транзистора подключен щуп синего цвета и снята осциллограмма.
После того как транзистор полностью закрыт, ток начинает уменьшаться. Изменение тока в катушке индуктивности формирует в ней магнитное поле. Магнитное поле тем больше чем быстрее изменяется ток. Потенциал так же образуется по причине изменения тока. Потенциал тем больше, чем быстрее изменяется ток.
За рамками понимания находится причина по которой приписывают сформированный изменением тока импульс явлению самоиндукции. Всё происходит с точностью до наоборот. Самоиндукция препятствует резкому уменьшению тока, тем самым ограничивает энергию импульса. Никакой иной миссии самоиндукция не выполняет. Не следует самоиндукции приписывать то, что она не делает.
После разрыва цепи ток начинает исчезать, резкое изменение тока, по закону электромагнитной индукции Фарадея, формирует магнитное поле и высокий потенциал. Внешние силы противодействия (самоиндукция) препятствуют резкому уменьшению тока и ограничивает потенциальную энергию импульса.
Электродинамика для оценки эдс самоиндукции предлагает формулу E=-L*ΔI/ΔT. В чём её абсурдность? Допустим в моём распоряжении электронный ключ с временем закрытия сто пикосекунд. Подставив в формулу время закрытия ключа я должен получить десятки киловольт напряжения на катушке индуктивности. Но этого не случится. Во-первых, силы противодействия начинают работать только после того как транзистор будет полностью закрыт, во-вторых, каким будет время реального уменьшение тока определяет не время закрытия транзистора, а среда. Зависимость по которой изменяется ток, формула так же не даёт. Другими словами, формула E=-L*ΔI/ΔT - абсолютно бессмысленная математическая фантазия на тему потенциал будет тем выше, чем быстрее прекратится ток.
В видеоролике показано, что происходит с импульсом потенциальной энергии при изменении тока в цепи. Изменение тока достигается увеличением и уменьшением длительности открытия транзисторного ключа.
Далее приводится сводная таблица в которой изменяется ток путём уменьшения длительности импульса. Обратите внимание, изменение величины тока увеличивают только амплитуду импульса, на продолжительность действия сил противодействия или самоиндукцию, ток и связанный с ним магнитный поток влияния не оказывают. Математическое моделирование E=-L*ΔI/ΔT демонстрирует результаты не соответствующие действительности.
Нет никакого сомнения, что специально обученные люди, на специально обученных приборах, в специально оборудованных лабораториях покажут Вам стопроцентное совпадение расчётных данных фактическим, но а пока зафиксируем полную несостоятельность предложенной формулы E=-L*ΔI/ΔT.
Если ток влияет на амплитуду импульса, то индуктивность определяет продолжительность действия сил противодействия. В ролике далее показано уменьшение индуктивности с 62.58uH до 25.69uH замыканием половины катушки намотанной красным проводом. Зелёный луч - усреднённое значение тока с датчика CC-65. В ролике демонстрируется восстановление исходного тока потребления 10mA, ориентируясь на максимум тока CC-65, после уменьшения индуктивности.
Поставьте на паузу видеоролик в начале и конце и сравните энергию двух импульсов при равных значениях тока потребления от источника питания, но с разной индуктивностью. Очевидно, внешним силам противодействия (самоиндукции) потребовалось создать больше энергии, чтобы ограничить изменение тока в катушке с большей индуктивностью, а значит в нашей реальности образовано большее количество внешней энергии, энергии среды.
Изменение параметра индуктивности в контуре практически беззатратный в энергетическом плане процесс. При уменьшении индуктивности образуется разница энергий, которая, в случае с параллельным колебательным контуром, может быть направлена на увеличение заряда конденсатора. После того как баланс энергий будет установлен, источник питания следует отключить, в контуре продолжится увеличение амплитуды колебаний за счёт энергии среды, образованной разницей сил противодействия возникшей после изменения параметра индуктивности.
Конькобежец оттолкнулся от бортика и начинает разгоняться. Уменьшили силу трения, спортсмен будет увеличивать скорость не прилагая усилий. Вернули силу трения до обычной, разгон замедлился. И так поступаем из раза в раз. Но какой резон в этих манипуляциях? Спросите Вы. Ускорение конькобежца в любом случае прекратится, а сам он остановится, пусть не так быстро, чем при обычной силе трения.
Важно другое - между большей и меньшей силами трения есть разница, которая выражается силой и энергией - это непреложный факт. Именно разница в энергиях сил трения идёт на раскачку контура в переложении на индуктивность. Наличие разницы энергий самоиндукции показана на осциллограммах.
Вы не используете энергию источника питания, Вы используете природные силы противодействия, их разницу, точнее энергию, которая образуется в результате изменения параметра.
В примере с конькобежцем разницу энергий между силами трения отправим на разгон конькобежца, будем подталкивать его в спину, а в случае с колебательным контуром увеличиваем внутренние колебания. По Вашему что разгоняет колебательный контур? Всё те же силы противодействия: Как энергия поступает в колебательный контур.
Всё сказанное выше обосновано математически и доказано на практике Л.И. Мандельштамом и Я.Д.Папалекси в 1934 году в их совместной работе о параметрическом возбуждении электрических колебаний.
Обратите внимание, Леонид Исаакович в своей работе рассматривает изменение самоиндукции. Самоиндукция - это сила и энергия. Изменение самоиндукции, образует энергетическую разницу, которая направляется им на усиление гармонических колебаний в контуре. Всё логично и разумно.
Современная наука изменяют не самоиндукцию, а индуктивность, а это коэффициент. Почувствуйте разницу. Очевидно, что изменение коэффициента не может образовать силу, а значит теряется смысл в практических изысканиях.
Большая российская энциклопедия 2004–2017: "Изменение параметров C и L , сопровождающееся работой внешних сил (накачка), приводит к изменению полной энергии системы." Теория параметрического резонанса, кафедра общей физики МФТИ: Доцент кафедры общей физики МФТИ Гавриков Андрей Владимирович в своей лекции (6:40) указывает на "закачку энергии" в контур, вызванную изменением самоиндукции.
В пользу утверждения, что изменение параметра увеличивает энергию колебательного LC контура за счёт энергии среды говорит тот факт, что после вывода системы в параметрический резонанс, Мандельштам Л.И. отключает источник питания. Тем не менее амплитуда колебаний контурного конденсатора увеличивается. Это означает только одно - самоиндукция это энергия среды, которую следует использовать для увеличения энергии колебательного контура, изменяя параметр колебательной системы - ёмкость или индуктивность.
Ни о каком источнике питания для увеличения амплитуды колебаний в случае параметрического резонанса речи идти не может ни в механике ни в электротехнике - только энергия среды. Утверждать обратное - отрицать факт существования самого параметрического резонанса. Именно и только из среды берётся энергия, увеличивающая амплитуду конденсатора LC контура, после вывода системы в параметрический резонанс, никакой источник питания для этого не нужен. Утверждать обратное - грешить против истины, потворствуя собственной глупости.
О том что среда добавляет энергию в конденсатор при изменении параметра - расстояние между пластинами, показано в ролике:
Единственные, кто считает колебательный контур закрытой системой, а самоиндукцию производной источника питания, это те у кого здравый смысл не вынес испытания школьным образованием и окончательно растворился в высшем. Не видят энергию, что лежит у них под носом, но охотно придумывают эфирные истории и фантазируют об энергии в торсионных полях.
К сожалению, практических реализаций параметрического резонанса в которых колебания не затухают и при этом энергия источника питания не используется, найти не удалось. Если у кого-то есть подобная информация для проверки и последующий публикации на сайте, пишите в комментариях.
Ещё одно заблуждение которым наделяют высоковольтный импульс: "Самоиндукция - это стремление контура сохранить свой ток, вернее даже не ток, а энергию эдс, любым способом..." Но посмотрите осциллограмму. Импульс потенциальной энергии образуется после того, как цепь полностью разомкнута. Значит связи с источником питания и его ЭДС нет. Как можно пожать руку товарищу, стоящему на противоположной стороне реки?
Но дело на создании единичного энергетического импульса не заканчивается. Путешествие электронов от одного конца катушки к другому и обратно продолжается, как продолжается и генерация энергетических импульсов. Совершенно не ясно как электроны находят этот самый конец катушки. Он где, в источнике питания или может на электростанции? Что ответствует за колебательные процессы и от чего зависит период затухающих колебаний.
Обратите внимание, что хотя ток меняет своё направление, импульсы потенциальной энергии всегда однополярный. Ключ размещён в нижнем энергетическом уровне схемы, импульсы имеют положительную полярность. Но так было не всегда. Если разместить ключ в верхнем энергетическом уровне схемы (перед катушкой индуктивности), то полярность импульсов будет отрицательной.
Но вся интрига в том, что при одновременном выключении пары транзисторных ключей находящихся в верхнем (перед катушкой индуктивности) и нижнем энергетическом уровне (после катушки индуктивности), формируются два высоковольтных импульса потенциальной энергии отрицательный и положительный полярности.
Объяснить данный факт не представляется возможным. Импульсы формируются одинаково - при уменьшении тока от максимума к минимуму, цепь размкнута, источник питания влияния не оказывает. В одном случае образуется импульс положительной полярности, в другом отрицательной относитльно минуса.
Любой измерительный прибор - токовый. Если между двумя измеряемыми точками существует разность потенциалов, через внутренние цепи прибора между ними организуется ток. По падению напряжения на резисторе делается расчёт потенциала или тока между измеряемыми точками электрической цепи.
Между точками B и C по схеме не существует электрической связи. Но осциллограф демонстрирует наличие разности потенциалов, образуя между ними ток. Так же энергия образованная внешними силами противодействия образует разность потенциалов между точкой разрыва цепи и землёй. В представлениях современной Электродинамики это не возможно, поэтому: "Если факты противоречат моей теории, тем хуже для фактов.". Георг Гегель.
Ещё один миф, который приписывают катушке индуктивности это то, что она запасает энергию в виде магнитного поля, которая реализует себя, создавая высоковольтный импульс. Ток, изменяясь, образовал вокруг катушки индуктивности магнитное поле. Но постарайтесь обратиться к собственному логическому аппарату и здравому смыслу. Какой процесс заставляет образованное магнитное поле вокруг проводника с током не рассеяться в пространстве после разрыва цепи, а образовать электрический ток в том же проводнике? Никому, включая приверженцев утверждения, что индуктивность сохраняет энергию в магнитном поле, данные процессы не известны.
Посмотрите предложенный ролик. К катушке индуктивности подносится ферритовое кольцо с намотанным на ней проводом. Выводы замкнуты через резистор 10R. Магнитное поле в датчике присутствует в момент, времени действия импульса. Значит импульс, созданный внешними силами противодействия является причиной возникновения магнитного поля. Никакого магнитного поля предшествующему данному импульсу датчик не фиксирует. Оно безусловно есть, но слишком незначительно.
Интересное свойство которое следует отметить. Направление магнитных линий при переходе датчиком центра катушки меняется на противоположное. Это значит, линии магнитного поля расходятся от центра катушки к полюсам соленоида. А не так как это преподносится в разного рода справочниках.
Помимо магнитного поля в пространстве катушки присутствует и потенциальная энергия. Как было показано ранее, энергия, образованная действием внешних сил противодействия формирует разность потенциалов между электрически несвязанными участками цепи. Осциллограф имеет связь с землёй. Второй щуп находится в воздухе. Этого достаточно чтобы во внутренних цепях прибора образовался электрический ток в необходимом для проведения измерений количестве.
Вы видите, что потенциальная энергия существующая в пространстве повторяет структуру образованного импульса потенциальной энергии. Источником возмущений пространства является именно импульс, образованный энергией внешних сил противодействия.
Статьи:
- Оригинальная сайт статьи: https://energy4all.ru/zpe.html#161123
On the parametric excitation of electrical oscillations. L.I. Mandel'shtam
Обратите внимание:
"Математическое моделирование E=-L*ΔI/ΔT демонстрирует результаты не соответствующие действительности" Ее применение здесь действительности соответствует? Какую величину E получим по этой формуле? Среднюю. А какую измеряли? Амплитудную? Среднеквадратическую (RMS)? Ибо формула работает при РАВНОМЕРНОМ (линейном) изменении тока на всем протяжении времени ΔT. Здесь это не так. Поэтому, применяем правильный вид этой формулы, для произвольной формы тока E=-L*dI/dT. Честно дифференцируем график тока, умножаем на индуктивность и только после этого пытаемся сравнить с графиком E. И еще бы неплохо откалибровать датчик тока, про это ничего не сказано, а это важно. На прямоугольных импульсах он будет показывать совсем не то, что надо. А лучше всего заменить обычным шунтом. Только после этого можно будет говорить о хоть какой-то корректности эксперимента.
Делитесь своими мыслями, ставьте лайки и обязательно подписывайтесь на канал. Это Ваш вклад, который помогает миссии - открытые технологии и схемотехника построения экономных нагревателей индукционного типа для всех!