АННОТАЦИЯ
В качестве предмета своего исследования автор статьи выбрал «Физический эксперимент с применением моноэлектрета» – на примере варианта устройства (прибора) для экспериментального определения скорости распространения силового взаимодействия электрических зарядов.
Известно устройство (прибор) для экспериментального определения скорости распространения силового взаимодействия электрических зарядов (см. источник информации п. 1), которое содержит первичный источник электрического поля, выполненный в форме шара; зарядное устройство для разовой зарядки шара до положительного потенциала его поверхности, электропроводный экран, изолированно окружающий шар, для образования на внешней поверхности экрана индуцированного положительного заряда, и создающий в окружающем пространстве электростатическое поле; разрезанный по середине длины протяжённый металлический стержень – вибратор, ось которого направлена на общий центр шара и экрана, при этом вибратор установлен на расстоянии порядка до 10 м от центра заряженного шара; первую специальную электрическую схему, позволяющую производить разряд экрана на землю для устранения действия электростатического поля на другие заряды в окружающем пространстве, выделение импульса напряжения на малом активном сопротивлении в цепи разряда и передачу этого напряжения коаксиальным кабелем на расстояние порядка до 10 м к регистрирующему устройству – для регистрации положения на шкале времени основания переднего фронта электромагнитного импульса; и подключенную к вибратору вторую специальную электрическую схему, позволяющую производить регистрацию положения на шкале времени основания переднего фронта электрического импульса, возникающего от действия исчезающего электрического поля.
Это устройство (прибор) позволяет определить разность времени прихода на регистрацию передних фронтов импульсов напряжений, создаваемых продольным электрическим полем и электромагнитным полем, и тем самым определить скорость силового взаимодействия зарядов.
Однако зарядное устройство в приборе является сложным, как и процессы зарядки с его помощью первичного источника электрического поля – шара (и, тем самым, зарядки электропроводного экрана) и разрядки экрана, требуется изолирование устройства (подземным способом) от влияния электромагнитных воздействий, а применение для передачи импульса напряжения на регистрацию (в период разрядки экрана) коаксиального кабеля, являющегося линией задержки, вызывает затруднения в вычислении времени поступления электромагнитного сигнала на регистрацию.
Что не способствует точности экспериментального определения очень короткого интервала времени между регистрируемыми импульсами электромагнитного и продольного электрического полей и тем самым точности определения скорости распространения силового взаимодействия зарядов.
Для устранения этих недостатков отличительными признаками нового устройства от известного, в некоторых сокращениях их определений, являются замена разового электрического заряда шаровой формы на пластинчатый моноэлектрет, изолированно окружённый пластинчатым электропроводным экраном; применение управляемого импульсным магнитным полем магнитного полупроводника в цепи без искровой коммутации электропроводного экрана на землю для устранения действия электростатического поля на другие заряды в окружающем пространстве, двух стержневых вибраторов с встроенными колебательными контурами для выделения колебаний с частотой, на которую они настроены, при этом оси вибраторов направлены вдоль линии с центром площади пластинчатого электропроводного экрана, и подключенных к колебательным контурам вибраторов специальных электрических схем, позволяющих с применением генераторов синусоидальных колебаний одинаковой частоты и низковольтного двухлучевого осциллографа определить измеряемый интервал времени по сдвигу фазы между двумя синусоидальными колебаниями и тем самым скорость распространения силового взаимодействия зарядов.
Очень короткие в данном случае периоды релаксации заряда-разряда экрана (т. е. время, необходимое для перехода экрана в другое состояние) определяют возможность создать систему связи для экспериментального определения прочих свойств продольных волн электрического поля (см. источник информации п. 2). Что может привлечь внимание специалистов, занимающихся разработкой моноэлектретов и их практическим применением.
В то же время обозначенный в новом устройстве уже давно известный метод получить более или менее длительное изображение от кратковременных явлений, с измерением очень короткого промежутка времени, может быть использован лабораторией, имеющей, как инструмент для исследований – в определение скорости распространения силового взаимодействия электрических зарядов, генератор Ван-де-Граафа.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ
На рисунке изображена блок-схема устройства (прибора).
Устройство содержит моноэлектрет МЭ, выполненный, например, в форме пластины, – из полимерного диэлектрика, поверхность которого покрыта одним, например положительным, знаком вмороженных зарядов, образующих суммарный электрический заряд моноэлектрета порядка до 10-5 Кл при поверхностной плотности заряда до 10-9 Кл/см2; пластинчатый электропроводный экран ЭЭ, изолированно – через небольшой воздушный промежуток покрывающий моноэлектрет МЭ; идентичные стержневые вибраторы Герца ВГ1 и ВГ2, электрические колебательные контуры КК1 и КК2, включенные соответственно в центре стержневых вибраторов ВГ1 и ВГ2 и настроенные на одну из собственных гармоник вибраторов ВГ1 и ВГ2; подключенные к колебательным контурам КК1 и КК2 соответственно идентичные, последовательно установленные и соединённые электрические усилители высокой частоты У1 и У2, детекторы Д1 и Д2, усилители низкой частоты УНЧ1 и УНЧ2, снабжённые на выходе формирователями коротких запускающих импульсов (на рисунке не показаны) – укорачивающими дифференцирующими RS-цепями; RS-триггеры Т1 и Т2 с ключами исходной установки КУ1 и КУ2, генераторы синусоидальных высокочастотных электрических колебаний Г1 и Г2, выполненные с использованием LC – колебательных контуров или кварцевых резонаторов, обеспечивающих получение синусоидальных электрических колебаний в несколько сот МГц; подключенный к выходам генераторов Г1 и Г2 низковольтный двухлучевой осциллограф НО через шлейфы Ш1 и Ш2 – отрезки линий с равными реактивными сопротивлениями; цепь без искрового разряда электропроводного экрана ЭЭ на землю З через высокоомное сопротивление ВС и последовательно с ним соединённый разрядный магнитный полупроводник МП, например, антиферромагнетик с Z-образной характеристикой и удельным сопротивлением порядка 108 Ом·см, изменяющий удельное сопротивление при наложении достаточной напряжённости внешнего магнитного поля очень быстро до 10-2 Ом·см; входящий в состав ключа коммутации КК импульсный магнит ИМ, выполненный в виде токовой катушки на теле магнитного полупроводника МП; и источник питания ИП, обеспечивающий через ключ ручного управления КРУ электропитание импульсного магнита ИМ; при этом усилители высокой частоты У1 и У2 выполнены с очень высокими коэффициентами усилений, с высокими входными сопротивлениями и очень малыми входными ёмкостями, для питания генераторов Г1 и Г2 используются стабильные источники питания (на рисунке не показаны) с малыми пульсациями напряжения.
Работает устройство (прибор) следующим образом.
Изначально производится калибровка прибора. Вибраторы Герца ВГ1 и ВГ2 устанавливаются на минимальном равном расстоянии, например до 1 м, и по разные – противоположные стороны от заряженного электропроводного экрана ЭЭ относительно небольшой площади – до 0,5 м2, создающего в окружающем пространстве электростатическое поле. Чем самым обеспечивается исходная одинаковая разность потенциалов на концах каждого из стержневых вибраторов Герца ВГ1 и ВГ2.
Эта разность потенциалов образуется от действия электростатического поля в результате одностороннего движения электронов в телах металлических стержней вибраторов Герца ВГ1 и ВГ2 до установления равновесия, заряжая тем самым внешние концы стержней вибраторов ВГ1 и ВГ2.
С помощью ключей управления КУ1 и КУ2 производится установка триггеров Т1 и Т2 в исходное состояние. Затем с помощью ключа ручного управления КРУ на небольшое время обеспечивается подача электропитания от источника питания ИП к импульсному магниту ИМ. Из-за чего активное сопротивление магнитного полупроводника МП быстро изменяется от очень большого значения к малому и происходит без искровой разряд электропроводного экрана ЭЭ на землю З вплоть до полного устранения внешнего электрического поля экрана ЭЭ.
При прекращении действия силы электрического поля заряды концов стержней вибраторов ВГ1 и ВГ2 возвращаются к положению равновесия и некоторое время колеблются около него. Таким образом, в вибраторах ВГ1 и ВГ2 возникают слабые и быстро затухающие высокочастотные импульсы электромагнитного поля, поддерживаемого колебательными контурами КК1 и КК2.
Эти импульсы усиливаются в определённое число раз усилителями высокой частоты У1 и У2, детектируются детекторами Д1 и Д2, усиливаются усилителями низкой частоты УНЧ1 и УНЧ2 с одновременным формированием коротких выходных импульсов – за счёт укорачивающих дифференцирующих RS-цепей, после чего сформированные короткие электрические импульсы поступают на соответствующие управляющие входы триггеров Т1 и Т2, которые быстро опрокидываются и выходными напряжениями запускают генераторы Г1 и Г2 высокочастотных колебаний.
От первого генератора Г1 колебания поступают на одну пару пластин низковольтного осциллографа НО, а от второго генератора Г2 – на вторую пару. Если между этими колебаниями нет сдвига фазы, то на экране осциллографа НО видна окружность. Что может достигаться при точно вымеренном малом и равном расстоянии каждого из вибраторов ВГ1 и ВГ2 относительно центра шарового экрана ЭЭ. На этом калибровка устройства (прибора) завершена.
После чего вибратор ВГ2 относится на большее расстояние от экрана ЭЭ, чем вибратор ВГ1. Из-за чего, если скорость продольной волны электрического поля окажется равной скорости света, то возникает сдвиг фазы между высокочастотными колебаниями генераторов Г1 и Г2, и в зависимости от размера этого сдвига на экране осциллографа НО получаются вместо круга фигуры Лиссажу разной формы. Измерив отношение длин полуосей этих фигур, можно определить сдвиг фазы, а поэтому сдвигу найти измеряемый промежуток времени между приходом сигналов к вибраторам ВГ1 и ВГ2. Такой метод измерений оказывается удобным и эффективным при измерении коротких промежутков времени вплоть до миллиардных долей секунды. К примеру, свет проходит расстояние 1 м за 3,33·10-9 секунды, 5 м за 1,666·10-8 секунды. Разность времени составляет 13,33·10-9 секунды. (Миллиардная доля секунды равна 10-9).
Но если скорость продольной волны электрического поля в миллиарды раз больше скорости света (в некоторых определениях она равна 3·1020 м/с), то сдвига фазы между высокочастотными колебаниями генераторов Г1 и Г2 не возникает при любых расстояниях расположений вибраторов ВГ1 и ВГ2 относительно экрана ЭЭ, а следовательно, скорость распространения силового взаимодействия электрических зарядов в таком случае экспериментально определиться больше скорости света.
Источники информации:
- Комаров С. Г. «К вопросу определения скорости распространения силового взаимодействия электрических зарядов», дата публикации 11.02.2014 г., https://portalnp.snauka.ru/2014/02/1747
- Комаров С. Г. «Система связи», дата публикации 13.01.2012 г., https://web.snauka.ru/issues/2012/01/6344
- Гороховатский Ю. А. «Электретный эффект и его применение», 1997 г., кафедра общей и экспериментальной физики РГПУ им. А. И. Герцена, Санкт-Петербург.
Количество просмотров публикации: -