Портал научно-практических публикаций » Комаров Станислав Григорьевич

К расчёту скорости тяготения

Комаров Станислав Григорьевич — Wed, 25 Dec 2013 05:42:00 +0000

Комаров Станислав Григорьевич,
независимый исследователь

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается техническое решение, направленное на увеличение точности измерения угла аберрации гравитации и тем самым на увеличение точности экспериментального определения скорости тяготения – скорости гравитации, с использованием численных определений, изложенных в статье «Легко ли измерить скорость тяготения?» (Источник информации п. 1), при этом решение задачи основано на применении в гравитационных измерениях двух высокочувствительных гравиметров и расчётного значения времени, как точки отсчёта, в том числе, для момента равноденствия в точке пересечения экватора Земли с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики, отражающих новый уровень техники в данной области и определяющих положительный эффект – существует ли в природе аберрация гравитации и скорость её распространения равна скорости света, или же её нет (равна нулю) и скорость гравитации равна бесконечности. При этом учитывается теория гравитации, определяющая Единое Поле Взаимодействия различных по природе сил (Источник информации п. 2), обосновывающая скорость силового пространственного взаимодействия материальных тел в значении скорости света, а поле тяготения, как следствие глобального электромагнитного поля, определяет волновой характер гравитационных взаимодействий, что указывает на существование в природе аберрации гравитации. Изначально показано решение задачи с применением одного гравиметра.

ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ:

использование ранее опубликованных, в том числе численных, определений при применении в гравитационных измерениях одного высокочувствительного гравиметра; день весеннего равноденствия, круг в сечении Земли плоскостью эклиптики, движение по длине этого круга двух особых точек – первая от отметины центра истинного Солнца, вторая, как точка равноденствия, от отметины центра солнечного диска; образование первой особой точки от пересечения линии, соединяющей центр истинного Солнца с центром Земли, с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики; образование второй особой точки от пересечения линии, соединяющей центр кажущегося Солнца в видимом диапазоне с центром Земли, с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики; образование угла аберрации света 0,005697423 градуса при соединении радиусами с центром Земли обоих особых точек, скорость особых точек друг за другом вправо по дуге 634,235 м круга в сечении Земли плоскостью эклиптики 1,27 м/с, время 499,4 с прохождения точкой равноденствия расстояния 634,235 м, расположение угла аберрации гравитации в угле аберрации света, скорость левого обращения центра Земли в орбитальном движении вокруг Солнца 29,811 км/с, образование точки пересечения экватора Земли с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики с моментом весеннего равноденствия в полдень местного времени, скорость суточного движения точки измерений с гравиметром и с поверхностью экватора Земли 465,1 м/с, время измерений гравиметром приращения ускорения силы тяжести Земли – вариации силы тяжести Земли 2 · 499,4 = 998,8 (с), определение максимума отрицательных приращений ускорения силы тяжести Земли от влияния тяготения Солнца с учётом влияния тяготения Луны, сравнение показаний гравиметра с расчётным по известной формуле 5,058·10 ^-5 Гал, определение совпадения или же несовпадения направления центрального солнечного луча с направлением центрального силового луча Солнца для установления соотношений углов аберрации света и аберрации гравитации, использование угла аберрации гравитации в вычислении скорости тяготения, применение в эксперименте двух гравиметров с использованием отмеченных выше ключевых слов.

Согласно статьи (1) экспериментальное определение скорости тяготения производится с применением высокочувствительного гравиметра в условиях экватора Земли в день весеннего равноденствия в определение угла аберрации гравитации, располагаемого в угле аберрации света, в свою очередь задаваемого сторонами линий, соединяющих центры истинного и кажущегося Солнца с центром Земли в тот первый момент времени, когда линия соединения центра истинного Солнца с центром Земли проходит через точку на пересечении экватора Земли с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики, и во второй момент времени, когда уже линия соединения центра кажущегося Солнца с центром Земли проходит через точку на пересечении экватора Земли с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики, с учётом в это время орбитальной скорости центра Земли относительно Солнца, а скорость тяготения вычисляется как отношение орбитальной скорости центра Земли относительно Солнца к тангенсу угла аберрации гравитации.

Анализируя это утверждение, находим, что солнечные лучи параллельны для всей Земли, но из-за высокой скорости орбитального обращения Земли вокруг Солнца все они наклонены в сторону движения Земли; по кругу в сечении Земли плоскостью эклиптики в день равноденствия движутся две особые точки – одна (первая) от отметины центра истинного Солнца (образуется от пересечения линии, соединяющей центр истинного Солнца с центром Земли, с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики), а другая (вторая) от отметины центра солнечного диска (образуется от пересечения линии, соединяющей центр кажущегося Солнца в видимом диапазоне с центром Земли, с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики). При этом вторая особая точка – от отметины кажущегося Солнца представляет собой точку равноденствия.

Обе особые точки в день равноденствия друг за другом движутся одновременно вправо по дуге круга, образованного сечением Земли плоскостью эклиптики, со скоростью порядка 1,27 м/с. Это связано с движением Земли по орбите вокруг Солнца, при котором ось вращения Земли не меняет своего направления. В это время центр Земли в орбитальном движении вокруг Солнца (левое обращение) имеет скорость 29,811 км/с.

Соединяясь радиусами с центром Земли, обе особые точки образуют угол аберрации света. Он равен 0,005697423 градуса (20,51 секунд). Углом аберрации света определяется длина дуги на круге в сечении Земли плоскостью эклиптики (между особыми точками) 634,235 м (при этом в расчёте используется длина экватора Земли 40075035,5 м). При скорости точки равноденствия 1,27 м/с расстояние 634,235 м она проходит за 499,4 с. Это время соответствует времени прохождения света от поверхности Солнца до поверхности Земли.

Поскольку расстояние между массовыми центрами Земли и Солнца порядка 1,4959787·10¹¹ м, угол аберрации света равен 0,005697423 градуса, то центры истинного и кажущегося Солнца располагаются на небесной сфере на дуге длиной 1,487·10⁷ м, в то время, как диаметр Солнца равен 1,392·10⁹ м.

Момент весеннего равноденствия – это момент, когда центр солнечного диска в световом диапазоне переходит из южного полушария (с южным тропиком) в северное (с северным тропиком). В этот момент в световом диапазоне Солнце находится в зените. Центр солнечного диска (а этот диск в свою очередь представляет собой круг, при наблюдении с Земли которого угловой диаметр равен 31,5 минуты – порядка 0,5 градуса), как точка равноденствия – вторая особая точка, проходя расстояние 634,235 м в отмеченном исходном угле аберрации света, оказывается на месте первой особой точки – бывшей отметины центра истинного Солнца (на бывшей линии, соединяющей центры истинного Солнца и Земли, в точке пересечения экватора Земли с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики). В этот момент времени солнечные лучи оказываются перпендикулярными оси вращения Земли, параллельными плоскости сечения Земли по её экватору и, в том числе, направленными по радиусу вращения Земли, на котором должен определяться полдень местного времени для точки гравитационных измерений на нулевой широте экватора и при нулевом склонении Солнца.

Определение временного положения этих точек составляет одну из главных задач практической астрономии, поскольку вследствие прецессии земной оси взаимное расположение экватора и эклиптики в течение времени года медленно изменяется – явление, называемое предварением равноденствия. Временные положения второй особой точки (точки равноденствия) уже определены учёными на несколько лет вперёд. Так, к примеру, 20 марта 2013 года в 11часов 02 минуты по всемирному времени центр солнечного диска в световом диапазоне пересёк небесный экватор (прошёл через точку пересечения экватора Земли с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики) и Солнце вошло в северное полушарие небесной сферы (в северном полушарии наступила астрономическая весна).

Имеет значение также точность определения нулевой широты на экваторе (при нулевом склонении Солнца) в конкретном географическом пункте с установленным высокочувствительным гравиметром, соответствующем моменту весеннего равноденствия, относительно которого и необходимо выбрать точку измерений. Таким образом, с одной стороны в момент равноденствия точка измерений должна появляться на меридиане, соответствующем полдню для выбранного значения суток, и в то же время должна соответствовать нулевой широте экватора Земли, что определяется предварительными расчётами.

Для данного места вероятность точного совпадения обозначенных соответствий мала. Посчитаем, что точность размещения точки измерений на экваторе Земли будет достаточна, если установленная в этом месте по радиусу вращения Земли (как по отвесу) труба определённой длины и диаметра внутреннего отверстия ровно в полдень позволяет визуально определить изображение диска Солнца в центре поля зрения.

Для момента весеннего равноденствия Солнце определяется как источник отрицательных приращений ускорения силы тяжести Земли в направлении центрального силового луча Солнца (т. е. считаем, что направлению центрального солнечного луча света – от центра диска Солнца в момент весеннего равноденствия соответствует направление центрального силового луча Солнца в гравитационном диапазоне, и угол аберрации света равен углу аберрации гравитации). Значение этого приращения уже вычислено по известной формуле: Д = 3∙G∙М∙Р₃/Зр³∙(Соs³а – 0,333), считая Землю абсолютно твёрдой.

Переводя м/с ² в Гал, имеем Д = 5,058·10 ^-5 Гал.

В формуле Д – приращение ускорения силы тяжести в м/с ², а – угол с вершиной в центре масс Земли, и образованный радиусами вращения Земли с точкой измерений – первым исходным положением во времени и направлением радиуса вращения с центра масс Земли на центр масс источника тяготения – Солнце, и вторым действительным положением во времени точки измерений на диаметре Земли.

Таким образом, экспериментальное определение на шкале времени максимального отрицательного приращения ускорения силы тяжести Земли, вызванного тяготением Солнца, в момент прохождения первой особой точки (на первой стороне угла аберрации света) через точку пересечения экватора Земли с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики соответствовало бы тому, что скорость гравитации мгновенна, поскольку аберрация гравитации равна нулю. Экспериментальное определение максимального отрицательного приращения ускорения силы тяжести Земли в момент прохождения второй особой точки (на второй стороне угла аберрации света) через точку пересечения экватора Земли с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики соответствовало бы тому, что скорость гравитации равна скорости света, поскольку аберрация гравитации равна аберрации света.

Звёздные сутки в день равноденствия равны 86164,09 с. Тогда при длине экватора Земли 40075035,5 м скорость суточного движения точки измерений с поверхностью экватора Земли составляет 465,1 м/с. Пользуясь в эксперименте для получения ожидаемого результата только одним гравиметром, необходимо учитывать длину 634,235 м дуги на круге в сечении Земли плоскостью эклиптики в угле аберрации света (0,005697423 градуса), время 499,4 с прохождения точкой равноденствия расстояния 634,235 м, скорость 465,1 м/с суточного движения точки измерений с поверхностью экватора Земли, то, что плоскость земного экватора (а она совпадает с плоскостью небесного экватора) наклонена к плоскости эклиптики на 23,45 градуса, общее время измерений гравиметром вариаций силы тяжести Земли 2 · 499,4 = 998,8 (с), а расчётное приращение ускорения силы тяжести Земли от влияния тяготения чисто Солнца, с которым сравниваются скорректированные показания гравиметра, составляет 5,058·10 ^-5 Гал.

Для того, чтобы пока точка равноденствия (вторая особая точка) перемещается на расстояние 634,235 м (за 499,4 с – например, к 12 часам полдня, при котором Солнце находится в зените), необходимо, чтобы точка измерения с гравиметром, установленным должным образом, оказывалась на длине экватора Земли от точки пересечения экватором круга в сечении Земли плоскостью эклиптики (а также линией, соединяющей центры масс истинного Солнца и Земли) равной 465,1 м/с · 499,4 с = 232271 м. Что относительно центра Земли составляет порядка 2,1 градуса.

С помощью гравиметра в течение 998,8 с производится измерение и фиксирование во времени приращений ускорения силы тяжести Земли. В момент равноденствия ожидается расчётный максимум приращений. И если это действительно так, то скорость силового пространственного взаимодействия материальных тел равна скорости света.

В условиях экватора Земли возможно применение также вместо одного двух высокочувствительных (порядка 2·10^-9 Гал) гравиметров, с погрешностью, например, не превышающей одной стомиллиардной доли, используемых для измерения изменений ускорения силы тяжести Земли – измерения вариаций силы тяжести Земли, вызываемых из-за суточного вращения Земли и её орбитального обращения вокруг Солнца тяготением Солнца в день, например, весеннего равноденствия, с защитой измерительной системы от вредных воздействий, в том числе, акустических, электромагнитных и тепловых, с явно выраженной осью чувствительности к вертикальному направлению напряжённости поля тяготения Земли.

При расчётном значении времени момента равноденствия первый гравиметр на экваториальном круге Земли устанавливается на расстоянии от точки пересечения экватора Земли с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики 465,1 м/с · 499,4 с = 232271 м для того, чтобы он вступал в первую особую точку – на первую сторону угла аберрации света, и его показания будут соответствовать нацеливанию оси чувствительности на центр истинного Солнца (приращения ускорения силы тяжести Земли будут максимальными, если угол аберрации гравитации окажется равным нулю, а скорость гравитации бесконечной).

Второй гравиметр на экваториальном круге Земли устанавливается на расстоянии от точки пересечения экватора Земли с кругом в сечении Земли плоскостью эклиптики 465,1 м/с · 2 · 499,4 с = 464542 м для того, чтобы он вступал во вторую особую точку – на вторую сторону угла аберрации света, и его показания будут соответствовать нацеливанию оси чувствительности на центр кажущегося Солнца (приращения ускорения силы тяжести Земли будут максимальными, если угол аберрации гравитации окажется равным углу аберрации света, а скорость гравитации равной скорости света). При этом учитываются расчётные влияния тяготения Луны.

Максимальное задаваемое время измерений первым гравиметром составляет 2 · 499,4 с = 988,8 с. Максимальное задаваемое время измерений вторым гравиметром составляет 2 · 988,8 с = 1997,6 с. Этим самым учитывается переход гравиметра в равных расстояниях через точку пересечения экватора Земли с плоскостью эклиптики при задаваемых значениях длин дуг на экваторе Земли, возможность определения приращений ускорения силы тяжести Земли в середине каждого из интервалов времени измерений, установление совпадений или же несовпадений направлений центрального силового луча и центрального светового луча Солнца, определяющих угол аберрации гравитации в угле аберрации света.

Таким образом, с использованием двух гравиметров и заранее рассчитанных мест и времени в конкретных географических пунктах экватора Земли для их размещения (с расчётным выбором нулевой широты и времени пересечения центром солнечного диска земного (и небесного) экватора – момента равноденствия), увеличивается точность определения угла аберрации гравитации (который может оказаться в значениях от нуля до 0,005697423 градусов), а, следовательно, увеличивается и точность вычисления скорости гравитации, – с использованием угла аберрации гравитации и скорости орбитального обращения Земли.

Принятые во внимание источники информации:

Комаров С. Г., независимый исследователь, «Легко ли измерить скорость тяготения?», https://web.snauka.ru/issues/2011/12/5815
Сидоренков В. В., доцент кафедры физики МГТУ им. Н. Э. Баумана, «Единое поле силового пространственного взаимодействия материальных тел», УДК 53.01, апрель 2011 г.
Комаров С. Г., независимый исследователь, «Комментарий к статье «Единое поле силового пространственного взаимодействия материальных тел» и предложение», https://science.snauka.ru/2013/03/4443

Электронный перечень статей с краткой аннотацией

Комаров Станислав Григорьевич — Sat, 11 Jan 2014 08:54:09 +0000

Электронный журнал «Современные научные исследования и инновации»

Легко ли измерить скорость тяготения?
https://web.snauka.ru/issues/2011/12/5815
В статье приведён пример экспериментального определения скорости тяготения (в признаках способа, а также элементная база для создания радиоэлектронного устройства по способу), обозначены выводы учёных по существующим теориям гравитации, в частности, определяющие волновой характер гравитационных взаимодействий, что предполагает существование в природе аберрации квантов гравитационного поля – аберрации гравитации, официально пока ещё не признанной наукой. Представлен пример определения орбитальной скорости центра Земли относительно Солнца в период равноденствия, угла аберрации гравитации в угле аберрации света и расчёта с их использованием скорости тяготения, а также представлен расчёт ожидаемой в ходе экспериментального определения сверхсветовой скорости тяготения. Чем самым обозначен путь к получению ответа на вопрос: “Что такое тяготение?”.
Легко ли измерить скорость распространения в пространстве силовых взаимодействий электрических зарядов?
https://web.snauka.ru/issues/2011/12/5837
Приведены обоснования необходимости экспериментального определения скорости распространения в пространстве силовых взаимодействий электрических зарядов, пример радиоэлектронного устройства для экспериментального определения этой скорости, представлен расчёт ожидаемой в ходе экспериментальных определений сверхсветовой скорости.

Система связи.
https://web.snauka.ru/issues/2012/01/6344
Предложена система связи (на продольных волнах электрического поля, или иначе – на управляемых импульсах электростатического поля), которая возможно могла стать изобретением, если бы была представлена на регистрацию и экспертизу в Патентное ведомство РФ. Данное техническое решение относится к технике связи, а именно к системам связи без проводов, использующим в качестве физического переносчика сигналов в канале связи волны электрического поля заряда того или иного знака, и может быть использовано для исследования свойств продольных волн электрического поля.

Прибор для измерения ускорения силы тяжести.
https://web.snauka.ru/issues/2012/01/6469
Предлагается к конструктивной и практической реализации прибор для измерения ускорения силы тяжести, который может быть использован в работе с направлением оси чувствительности как по вертикали места измерений, так и по горизонтали, т. е. как гравиметр, так и гравитационный вариометр, например, для измерения неоднородностей в распределении ускорения свободного падения на поверхности Земли, измерения ускорения силы тяжести по горизонтали, создаваемого, например, горным массивом; для экспериментального определения свойств гравитационного поля, как сейсмоприёмное устройство, и т. д.

Измерительный преобразователь.
https://web.snauka.ru/issues/2012/02/9070
Предлагается к практическому применению «Измерительный преобразователь», который применим с первичным усилителем – формирователем коротких электрических импульсов на его входе и блоком обработки и регистрации информации на выходе. При этом первичный усилитель – формирователь коротких электрических импульсов предназначен для преобразования какого-то физического процесса, например, электромагнитных всплесков при динамической деформации горных пород, взрывах зарядов взрывчатых веществ (ВВ) или же акустических импульсов от датчика колебаний – преобразователя акустических колебаний в электрический сигнал при технической диагностике кинематических пар при работе механизмов машин, а блок обработки и регистрации информации предназначен для определения амплитуды этих импульсов и подсчёта числа их поступления в выбранный период времени. В этих примерах применения использование измерительного преобразователя из-за повышенной избирательности полезного сигнала оказывается более эффективным, чем, например, просто использование для такой цели высокочувствительных усилителей электрических сигналов.

Экономичная установка для производства водородно-кислородного топлива.
https://web.snauka.ru/issues/2012/03/9860
Предложена к проектированию и практической реализации экономичная установка для производства водородно – кислородного топлива термическим методом в условиях гидроэлектростанций малой и большой мощности. Ключевые слова: продольный перегреватель пара, водяной холодильник – первичный образователь пара, трубопровод для пара с продуктами диссоциации воды, паровой выход водяного холодильника, соединённый с входом продольного перегревателя пара, установленные в водяном потоке конец трубопровода для пара с продуктами диссоциации и цилиндры для сбора водорода и кислорода, система удаления водорода и кислорода из цилиндров, последующего их хранения и поставки потребителю.

Система связи с использованием продольных волн вакуума.
https://web.snauka.ru/issues/2012/03/10458
Предложена «Система связи с использованием продольных волн вакуума (ПВВ)», предназначенная в основном для экспериментального исследования свойств ПВВ. А именно: возможности (в принципе) самой генерации такого рода волн и их приёма, их проникающей способности, зависимости от частоты излучения ПВВ и мощности генератора при изменении амплитуды регистрируемого тока смещения в приёмнике, дальность связи при минимальной мощности и относительно низкой частоте генератора, и т. д.

Электронный журнал «Современная техника и технологии»

Электроизмерительные приборы с применением запатентованного датчика тока.
https://technology.snauka.ru/2012/01/194
В данной статье представлено предложение к практическому применению патента РФ № 2190228 с приоритетом от 27.12.1999 г. на изобретение “Датчик тока” (уплата пошлин за поддержание патента в действии прекращена в 2003 году), - предложено эффективно использовать в качестве первичных приборов датчики тока, выполненные в виде проходных конденсаторов, а в качестве вторичных приборов для индикации параметров электрической сети электронные приборы, выполненные с применением интегральных микросхем, специализированных микропроцессоров и электронных устройств индикации. Приведены варианты построения таких приборов, возможный алгоритм их действия на примере выполнения электронного счётчика расхода активной (и реактивной) энергии, а также приведён пример построения устройства защитного отключения (УЗО).

Прибор для измерения электромагнитных всплесков.
https://technology.snauka.ru/2012/02/242
Предлагается к практическому изготовлению и последующему применению прибор для измерения электромагнитных всплесков (в том числе, для измерения максимальной амплитуды электромагнитных всплесков и подсчёта числа их поступления), возникающих, например, при динамической деформации материальных тел в лабораторных условиях и взрывах зарядов взрывчатых веществ (ВВ) при добыче полезных ископаемых карьерным способом. Изобретатель – одиночка в домашних условиях не может изготовить данный прибор “в металле” из-за его технологической сложности, но, используя свой опыт и технические знания, он может обосновать техническую возможность его практического создания. Этот прибор может быть изготовлен в условиях специализированного предприятия специалистами в области оптоэлектроники и микроэлектроники.

Легко ли измерить скорость распространения в пространстве силовых взаимодействий электрических зарядов?
https://technology.snauka.ru/2012/02/291
Приведены обоснования необходимости экспериментального определения скорости распространения в пространстве силовых взаимодействий электрических зарядов, пример радиоэлектронного устройства для экспериментального определения этой скорости, представлен расчёт ожидаемой в ходе экспериментальных определений сверхсветовой скорости.

Генератор электрических импульсов.
https://technology.snauka.ru/2012/02/295
Предложен генератор электрических импульсов, который относится к импульсной технике и выполнен с использованием элементов, аккумулирующих энергию и разряжаемых через нагрузку с помощью переключающих устройств, управляемых сигналами, задаваемыми по форме, амплитуде и частоте, и может быть использован в импульсных передающих, приёмных и стробоскопических устройствах, как источник переменного и постоянного высокого напряжения в системах обработки и регистрации информации, поступающей к ним от измерительных преобразователей, например, как источник высокого напряжения для фотоэлектронных умножителей, микроканальных усилителей света и изображения, как амплитудно-импульсный модулятор, усилитель электрических сигналов, преобразователь постоянного напряжения одного номинала в переменные или постоянные напряжения различных номиналов и т. д., обеспечивая при этом, например, высокую чувствительность к изменениям амплитуды сигналов управления и преобразуемых сигналов.

Энергетическая установка для выработки электрического напряжения.
https://technology.snauka.ru/2012/03/313
Предложена к проектированию «Энергетическая установка для выработки электрического напряжения» с применением ядерного мини – реактора, индукционного перегревателя пара, устройства терморегулирования и дозировки парогазовой смеси, высокотемпературных или же наоборот низкотемпературных каскадов (батарей) топливных элементов в режиме теплового насоса.

Устройство для приёма упругих и электромагнитных волн.
https://technology.snauka.ru/2012/03/369
Предложено техническое решение под названием «Устройство для приёма упругих и электромагнитных волн», которое может быть применено для акустических, магнитных и электромагнитных измерений, например, в устройствах прогнозирования землетрясений, сейсморазведки – при поиске полезных ископаемых, а также для приёма ультразвуковых волн, модулированных более низкой звуковой частотой.

Электронно-магнитострикционный измерительный преобразователь.
https://technology.snauka.ru/2012/03/372
Предложен «Электронно – магнитострикционный измерительный преобразователь», который может быть применён для преобразования механического (например, сейсмического), магнитного или же электромагнитного воздействия на чувствительный элемент преобразователя в электрический сигнал, передаваемый в узел обработки и регистрации информации.

Механотрон с измерительной системой.
https://technology.snauka.ru/2012/04/464
Предложен механотрон с измерительной системой, который применим как высокочувствительный прибор для измерений, например, линейных микроперемещений, давлений, усилий и т. д., выполненный в виде газонаполненной лампы со стеклянным баллоном, с применением одного подвижного и одного неподвижного электродов одинаковой формы и размеров их торцевых площадей в межэлектродном пространстве, последовательно включенных источника переменного тока относительно высокой частоты, нагрузочного элемента и конденсатора, образованного торцевыми площадями электродов, образующих ёмкостной преобразователь – для преобразования изменения ёмкости конденсатора в электрический сигнал, выделяющийся на нагрузочном элементе, установленных на линии межэлектродного пространства источника монохроматического света и преобразователя монохроматического света в электрический сигнал, образующих фотоэлектрический преобразователь, особого двухканального усилителя тока в измерительной системе, выполненного в каждом из каналов в виде последовательно включенных первичного, дифференциального и концевого усилителей электрических сигналов, мостовой измерительной цепи для суммирования электрических сигналов первого и второго каналов двухканального усилителя, регулирования зонной нечувствительности и порога чувствительности, выполненной с применением магнитоуправляемых сопротивлений в смежных плечах, а также регистрирующего устройства в виде отсчётно – измерительного прибора постоянного тока, включенного на выходе мостовой измерительной цепи. При этом во втором канале двухканального усилителя выход первичного усилителя соединён ещё путём обратной связи с входом управления интенсивностью излучения источника света для образования согласованной внутренней модуляции света, а дифференциальный усилитель на входе снабжён усилительным элементом для обращения, например, уменьшающегося напряжения электрического сигнала в пропорциональное увеличивающееся напряжение этого сигнала, а второй вход дифференциального усилителя соединён с выходом источника опорного напряжения для образования разностного напряжения на выходе этого усилителя. Обозначена возможность подключения к выходам ёмкостного и фотоэлектрического преобразователей механотрона специализированного микропроцессора, действующего по заданной программе управления.

Магнитострикционный измерительный преобразователь.
https://technology.snauka.ru/2012/04/503
Предложен «Магнитострикционный измерительный преобразователь», который может быть применён для преобразования механического, магнитного или же электрического воздействия в электрический сигнал.

Паро-водородно-кислородный генератор с поршневым двигателем.
https://technology.snauka.ru/2012/05/822
Представлен анализ конструкции и работы паро-водородно-кислородного генератора, создающего из воды в требуемом количестве на текущий момент времени паро-водородно-кислородное топливо, работающего в совокупности с поршневым двигателем, который, в свою очередь, преобразует реакцию между водородом и кислородом в присутствии водяного пара в пределе мягкой взрываемости в быстрый подъём температуры, с расширением после взрыва (сгорания топлива) перегретого пара в рабочей камере цилиндра двигателя, обеспечивающего возвратно-поступательное движение поршня и механическую работу вращающегося коленчатого вала.
Устройство для определения веса поднятого груза.
https://technology.snauka.ru/2012/06/1149
Предложено «Устройство для определения веса поднятого груза» шахтным подъёмником с использованием измерения скольжения ротора приводного асинхронного двигателя с помощью датчика частоты роторного тока, образующего первичный измеритель весовой нагрузки, и вторичного измерительного прибора, преобразующего частоту роторного тока в число эталонных импульсов.

А не «вечный» ли это двигатель?
https://technology.snauka.ru/2012/08/1285
Известно множество недействующих конструкций «вечных двигателей», в том числе, с использованием свойств магнитного поля. Автор статьи предлагает любознательным старшеклассникам и опытным исследователям вариант «вечного двигателя» с целью детальнее разобраться в интересном магнитном эффекте, вызываемом неоднородным магнитным полем, а также объяснить себе «ошибочность» некоторых утверждений автора в описании конструкции «вечного двигателя», в том числе, возможно, по результатам собственных экспериментальных определений.

Устройство весового контроля производительности одноковшового экскаватора.
https://technology.snauka.ru/2012/08/1310
Предложено устройство автоматического весового контроля производительности одноковшового экскаватора как модернизация известного устройства, описанного в изобретении к авторскому свидетельству СССР № 812891 и прошедшего промышленные испытания при погрузке железнодорожных вагонов горной массой одноковшовым экскаватором типа ЭКГ-4,6 УЗТМ. Обозначена возможность изготовления устройства с применением специализированного микропроцессора.
Устройство защиты и контроля шахтной подъёмной установки.
https://technology.snauka.ru/2012/10/1336
Представлено «Устройство защиты и контроля шахтной подъёмной установки», например, типа ЦР 6 х 3,2/0,6, оборудованной скипом с противовесом для выдачи угля или других видов полезных ископаемых из вертикальной шахты. Устройство может быть использовано для ручного, автоматизированного или автоматического обеспечения заданной тахограммы движения, контроля превышения заданной скорости на участках ускорения, постоянной скорости и замедления, измерения и цифровой индикации скорости движения, измерения и цифровой индикации пути движения.

Анализ практического применения устройств защиты подъёмных установок от напуска каната.
https://technology.snauka.ru/2012/11/1391
Представлены анализ практического применения устройств защиты подъёмных установок от напуска каната при застревании подъёмного сосуда в шахтном или лифтовом стволе, защищённых в своё время Авторскими свидетельствами СССР на изобретения, краткое конструктивное исполнение устройств и пути их модернизации.
Устройство защиты подъёмной установки от напуска каната.
https://technology.snauka.ru/2012/12/1406
Представлен вариант модернизации устройства защиты подъёмной установки от напуска каната, входящего в состав «Устройства для контроля скорости движения сосуда подъёмника», защищённого Авторским свидетельством СССР на изобретение за № 1146270 (приоритет изобретения 2 марта 1983 г.). Принцип работы исходного устройства защиты подъёмной установки от напуска каната основан на уменьшении интенсивности ультразвукового сигнала в канатном канале связи при ослаблении натяжения каната подъёмным сосудом, что в конечном итоге приводит к срабатыванию исполнительного устройства, управляющего предохранительным тормозом подъёмной установки.
Счётчики электрической энергии с магниточувствительным элементом.
https://technology.snauka.ru/2012/12/1440
Представлены в примере краткое конструктивное содержание счётчика электрической энергии с использованием магниточувствительного элемента и наиболее полное описание модификации этого счётчика. Обозначена возможность использовать в счётчиках электрической энергии магниторезисторы с обратной и прямой зависимостью электросопротивления от величины индукции магнитного поля. Показано, что использование магниторезисторов с прямой зависимостью целесообразнее использования магниторезисторов с обратной зависимостью, поскольку первые из них более широко разработаны и изучены в научных лабораториях по типам, характеристикам и практическому применению. Представлено описание аккумуляторного электрического счётчика разрядных и зарядных ватт-часов с возможным использованием его в автомобиле.
Прибор для контроля искрения на коллекторе электрической машины постоянного тока
https://technology.snauka.ru/2013/01/1459
Прибор создан на проведенных испытаниях, в ходе которых установлено, что спектр сигнала, регистрируемый датчиком интенсивности искрения на коллекторе электрической машины постоянного тока, есть функция, определяющая величину амплитуды составляющей в зависимости от её частоты и количества выделяющейся электромагнитной энергии. Контроль искрообразования и защита электрической машины по порогам частоты и амплитуды сигнала, по скорости счёта импульсов его периодической составляющей, во взаимодействии с бесконтактным ограничением энергопотребления электрической машиной обеспечивает повышение быстродействия защиты и её надёжности. Представлен вариант модификации известного прибора.
Устройство громкоговорящей связи для шахтного подъёмника.
https://technology.snauka.ru/2013/01/1474
Представлены конструктивные признаки и главные особенности известного устройства громкоговорящей связи, показаны некоторые усовершенствования этого устройства как части аппаратуры связи и сигнализации для шахтных подъёмных установок. Приведён пример возможности использования в аппаратуре связи и сигнализации одиночного изолированного провода, помещённого в центральный органический сердечник стального подъёмного каната, и «земли», то есть самого стального каната, образующих двухпроводную линию передачи информации фазный провод – «земля» или коаксиальный кабель.
Установка для сбора металлосодержащего продукта в процессе очистки шахтных водосливных устройств
https://technology.snauka.ru/2013/02/1535
Предложение относится к установкам для отделения металлосодержащего продукта от разжиженной пустой породы (обогащения шахтного ила до пригодного для промышленной переработки) в процессе очистки шахтных водосливных устройств. Предложена технологическая схема для очистки шахтных водосливных устройств. Приведены примеры модернизации установки, предназначенной, в том числе, для обогащения выданного ила на поверхность шахты и получения золота, например, из речных золотосодержащих песков.
Изобретения и устройства возможных различных назначений с их использованием.
https://technology.snauka.ru/2013/02/1669
Представлены для ознакомления читателем краткие описания сущности трёх изобретений с их принципиальными схемами на чертежах, которые имели ограничения в публикации. С использованием этих изобретений могут быть спроектированы и изготовлены устройства различного назначения, в том числе, сейсмоприёмники с записью сейсмограмм, гравиметры и приёмники – самописцы электромагнитного излучения, возникающего при динамической деформации горных пород и, вообще, при деформации любых тел, и т. д. Рассматривается возможность построения приёмника гравитационных волн, в том числе, с использованием особой мостовой измерительной цепи с полупроводниковыми антиферромагнетиками с Z-образной характеристикой. При проектировании новых устройств рекомендуется пользоваться копиями описаний изобретений. (См. Источники информации, пункты 1 – 3).
Электронный журнал «Исследования в области естественных наук». (Общая рубрика, Физика).

Комментарий к статье «Единое поле силового пространственного взаимодействия материальных тел» и предложение.
https://science.snauka.ru/2013/03/4443
Представлен краткий комментарий к статье Сидоренкова В. В. под названием «Единое поле силового пространственного взаимодействия материальных тел» (УДК 53.01, публикация: апрель 2011 г.) и предложение от автора статьи «Легко ли измерить скорость тяготения?» Комарова С. Г. (https://web.snauka.ru/issues/2011/12/5815). Предложено подвести теоретическую базу под обеспечение экспериментального определения скорости тяготения совместными усилиями учёных-теоретиков, геофизиков, астрофизиков и гравиметристов, в ходе экспериментального определения которой измерить угол аберрации гравитации и тем самым подтвердить: гравитация – это универсальное взаимодействие между любыми видами материи, следствие глобального электромагнитного поля.

Портал научно-практических публикаций.
К расчёту скорости тяготения (публикация 25.12.2013 г.).
https://portalnp.snauka.ru/2013/12/1684
В данной статье рассматривается возможность увеличения точности измерения угла аберрации гравитации и тем самым увеличения точности экспериментального определения скорости тяготения – скорости гравитации, в том числе, с использованием определений, изложенных в статье «Легко ли измерить скорость тяготения?» (Источник информации п. 1). Решение задачи основано на теории гравитации, определяющей Единое Поле Взаимодействия различных по природе сил (Источник информации п. 2), обосновывающей скорость силового пространственного взаимодействия материальных тел в значении скорости света, при этом поле тяготения, как следствие глобального электромагнитного поля, определяет волновой характер гравитационных взаимодействий, что указывает на существование в природе аберрации гравитации. Однако экспериментальное открытие аберрации гравитации пока ещё не состоялось, в то время как это открытие стало бы подтверждением справедливости самой теории гравитации.

Электронный перечень статей с краткой аннотацией

Комаров Станислав Григорьевич — Tue, 11 Feb 2014 07:18:42 +0000

Электронный журнал «Современные научные исследования и инновации»

Легко ли измерить скорость тяготения?
https://web.snauka.ru/issues/2011/12/5815
В статье приведён пример экспериментального определения скорости тяготения (в признаках способа, а также элементная база для создания радиоэлектронного устройства по способу), обозначены выводы учёных по существующим теориям гравитации, в частности, определяющие волновой характер гравитационных взаимодействий, что предполагает существование в природе аберрации квантов гравитационного поля – аберрации гравитации, официально пока ещё не признанной наукой. Представлен пример определения орбитальной скорости центра Земли относительно Солнца в период равноденствия, угла аберрации гравитации в угле аберрации света и расчёта с их использованием скорости тяготения, а также представлен расчёт ожидаемой в ходе экспериментального определения сверхсветовой скорости тяготения. Чем самым обозначен путь к получению ответа на вопрос: “Что такое тяготение?”.
Легко ли измерить скорость распространения в пространстве силовых взаимодействий электрических зарядов?
https://web.snauka.ru/issues/2011/12/5837
Приведены обоснования необходимости экспериментального определения скорости распространения в пространстве силовых взаимодействий электрических зарядов, пример радиоэлектронного устройства для экспериментального определения этой скорости, представлен расчёт ожидаемой в ходе экспериментальных определений сверхсветовой скорости.

Электронный журнал «Современная техника и технологии»

Электронный журнал «Исследования в области естественных наук». (Общая рубрика, Физика).

К вопросу определения скорости распространения силового взаимодействия электрических зарядов (публикация 11.02.2014 г).

https://portalnp.snauka.ru/2014/02/1747

В статье представлены исходные определяющие данные к эксперименту и устройство с их использованием для экспериментального определения скорости распространения в воздушном пространстве силового взаимодействия электрических зарядов, которое является новым по отношению к первому устройству (источник информации п. 1) того же назначения. И также, как рекомендация опытному исследователю, предложено устранить установившееся мнение, что в том случае, когда электростатическое поле заряда постоянно по отношению к своему заряду, но становится переменным к его величине (разделённый заряд сохраняет свой знак, а величина его быстро уменьшается до полного исчезновения), скорость распространения исчезающего силового взаимодействия зарядов равна скорости света, чем самым отрицается существование в природе продольной волны электрического поля, которая возможно распространяется в воздушном (вакуумном) пространстве больше скорости света, и утверждается существование электрического поля после исчезновения его источника. Из-за чего необходимо произвести экспериментальное определение скорости распространения силового взаимодействия электрических зарядов, в том числе, с применением нового устройства. Нет сомнения в том, что заряд, переменный к своей величине, но сохраняющий свой знак, образует электрический сигнал, хотя возможность его детектировать уменьшается очень быстро с расстоянием. В данное время решается задача не передачи такого сигнала на большое расстояние, а определения его скорости на малом расстоянии уверенного детектирования и измерения параметров исчезающего электрического поля с целью сравнения скорости сигнала со скоростью света (со скоростью передачи электрического напряжения по проводам). Эта возможность связана с современными достижениями в создании электронных измерительных усилителей, обеспечивающих точную передачу очень короткого электрического сигнала в заданном масштабе, усиление изменяющегося тока с чувствительностью по току 10^-15 А при очень малом входном сопротивлении, или по напряжению – несколько микровольт при очень большом входном сопротивлении, и с достижениями в создании высокоточных анализаторов амплитудно-временных спектров сигналов.

Физический эксперимент с применением моноэлектрета (публикация 20.03.2014 г.).

http://portalnp.ru/2014/03/1775

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.

Система зажигания и питания люминесцентных ламп (публикация 11.05.2014 г.).

http://portalnp.ru/2014/05/1897

В статье представлено техническое решение, относящееся к области электротехники, а именно к люминесцентным светильникам, и предлагается учащимся старших классов, занимающихся в кружках электротехники или радиоэлектроники под наблюдением и руководством опытного руководителя, своими руками сначала построить первичную электронную систему зажигания и питания люминесцентных ламп, в которой могут быть использованы даже устаревшие типы электронных элементов, таких как фоторезисторные оптроны ОУ-2, диодные и конденсаторные сборки, стабилизатор тока – бареттер типа 0,3Б 65-135, высоковольтный кремневый транзистор, времязадающий конденсатор, люминесцентная лампа переменного тока ЛДЦ 40 с шунтированными электродами и т. д., а после практического опробования системы определить возможные пути её усовершенствования. К примеру: путём замены стандартного бареттера управляемым электронным аналогом бареттера, ввода внешнего регулятора для изменения светового потока светильника, замены зарядных фоторезисторных оптронов лавинными транзисторами или динисторами, ввода автоматического регулирования неизменностью светового потока в диапазоне переменного сетевого напряжения 200 – 250 В, и т. д. Что поспособствует углублению и расширению знаний учащихся.

К вопросу определения скорости распространения силового взаимодействия электрических зарядов

Комаров Станислав Григорьевич — Tue, 11 Feb 2014 07:22:25 +0000

АННОТАЦИЯ

ИСХОДНЫЕ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ДАННЫЕ

В своей основе определяющие данные к эксперименту взяты автором из уже опубликованной статьи под названием «Легко ли измерить скорость распространения в пространстве силовых взаимодействий электрических зарядов?» (источник информации п. 1), но они дополнены до соответствия конструктивным признакам нового устройства. Кроме того, представлены доказательства в определение изобретательского уровня технического решения. (Примечание автора: рекомендуется после прочтения «Устройство для экспериментального определения скорости распространения силового взаимодействия зарядов», вновь обратиться к пояснениям в «Исходные определяющие данные»).

Металлический шар 1 радиуса Ŕ = 0,05 м равномерно заряжен по поверхности до потенциала Ů = 28000 В. Положительный заряд шара 1 обеспечивается одним из известных способов, например, с помощью демонстрационного генератора Ван – де Граафа. Величина заряда ĝ = ŮŔ/К, где К – коэффициент пропорциональности. К = 9·10⁹ Н·м²/Кл². ĝ = (28000·0,05)/9·10⁹ = 1,56·10^-7 (Кл).

С учётом того, что пробивное напряжение для воздуха составляет 30 кв/см, шар 1 окружён концентрической сферической проводящей оболочкой (шаром 2) радиусом Ŕ = 0,07 м. Индуцированный заряд ĝ на внешней поверхности шара 2 равен заряду на внешней поверхности шара 1, т. е. 1,56·10^-7 Кл. Но этот заряд «размазан» на площади поверхности шара 2 – 0,0615 м² (4·3,14·0,07·0,07 = 0,0615), в то время, как такой же заряд «размазан» на площади поверхности шара 1 – 0,0314 м² (4·3,14·0,05·0,05 = 0,0314). Из-за чего поверхностный потенциал Ů шара 2 равен 28000·0,05/0,07 = 20000 (В).

Напряжённость Е электрического поля заряда на поверхности шара 2 определяется в значении 20000 В / 0,07 м = 2,86·10⁵ В/м. Полное число линий напряжённости, выходящих через сферическую поверхность шара 2, равно 4πКĝ, т. е. равно 4·3,14·9·10⁹·1,56·10^-7 = 1,764·10⁴ линий.

В качестве детектора электрического поля на расстоянии 10 м от центра заряженного шара 2 может быть применён металлический, например, из меди стержень диаметром 1 см и длиной 1м, с разрезом по середине (вибратор), с, например, подключенным к внутренним концам стержня активным сопротивлением заданной расчётной величины.

Вибратор направлен своей осью на центр шара 2.Тогда напряжённость электрического поля на ближнем к шару 2 внешнем конце вибратора 9·10⁹·1,56·10^-7/9,5·9,5 = 15,55 (В/м), напряжённость электрического поля на дальнем внешнем конце вибратора составит 9·10⁹·1,56·10^-7/10,5·10,5 = 12,73 (В/м). Потенциал в точке на ближнем к шару 2 внешнем конце вибратора составит 9·10⁹·1,56·10^-7/9,5 = 147,8 (В). Потенциал в точке на дальнем внешнем конце вибратора составит 9·10⁹·1,56·10^-7/10,5 = 133,7 (В). Разность потенциалов между этими точками составит 147,8 -133,7 = 14,1 (В).

Для устранения заряда шара 2 на его поверхности достаточно механически (например, с помощью нагруженного спускового устройства, срабатывающего от действия дистанционно посылаемого электрического импульса) быстро соединить поверхность шара 2 с землёй проводником через очень большое сопротивление (в Мом). При этом в процессе исчезновения заряда на поверхности шара 2 заряд сохраняет свой знак, но величина его быстро меняется в сторону исчезновения с образованием продольной волны электрического поля.

Энергия, выделяющаяся в разряде шара 2, равна 0,5ĝŮ поверхности шара 2. Множитель 0,5 появляется потому, что напряжение падает при стекании заряда. Среднее значение разности потенциалов, которую проходит заряд, составляет половину разности потенциалов. Эта энергия составляет 0,5·1,56·10^-7 Кл ·20000 В = 1,56·10^-3 (Дж). Это довольно незначительная энергия, но она соответствует импульсу тока порядка 0,1 А.

Скорость разряда шара 2 на землю меньше скорости света. Свет проходит расстояние 10 м за 3,33 · 10^-8 с, а разряд шара 2 происходит за время, которое больше этого значения времени на несколько порядков. И это важно, поскольку в момент разряда шара 2 на землю на сопротивлении разряда (в том числе, на относительно малом активном сопротивлении, включенном последовательно с большим активным сопротивлением) мгновенно возникает импульс напряжения с максимальным значением переднего фронта импульса, который одним из способов со скоростью света следует передать за время действия всего импульса напряжения на 10 м на регистрацию через согласующий измерительный усилитель – регистрацию в первую очередь положения на шкале времени основания переднего фронта электрического импульса. Что представляет собой один из каналов измерений.

Наличие незаземлённого шара 2 не сказывается заметным образом на силе, с которой незаряженное тело (металлический стержень, направленный осью на центр шара 2) притягивается к заряженному шару 2. Заряд шара 2 вызывает движение зарядов (электронов) в теле металлического стержня до установления равновесия, заряжая тем самым внешние концы стержня (первичного детектора поля – вибратора) разноимёнными зарядами.

С началом разряда шара 2 на землю резкое изменение его продольного электрического поля распространяется на расстояние 10 м до детектора поля со скоростью, которую предстоит измерить. Достигающее заряженный металлический стержень (вибратор) исчезающее во времени электрическое поле заряда шара 2 вызывает бросок тока разряда концов металлического стержня – вибратора. При этом на заданном по значению активном сопротивлении в середине разрезанного стержня мгновенно возникает импульс напряжения с максимально возможным значением переднего фронта электрического импульса, который сразу же через согласующий измерительный усилитель поступает на регистрацию – регистрацию в первую очередь положения на шкале времени основания переднего фронта этого электрического импульса. Что представляет собой другой из каналов измерений.

Скорость распространения продольной волны электрического поля определится в результате анализа положений на шкале времени оснований передних фронтов электрических импульсов, соответствующих скорости электромагнитного и силового взаимодействий электрических зарядов.

Именно это определяет изобретательский уровень технического решения, которое в свою очередь может быть реализовано разными устройствами (одно из них представлено ниже), поскольку в одном из каналов измерений передача электрического импульса на фиксированное расстояние со скоростью света может осуществляться либо по проводам – к согласующему измерительному усилителю, либо с помощью электромагнитного излучения.

В другом канале измерения, в котором передача электрического поля возможно осуществляется с запределной скоростью, импульс напряжения разряда внешних концов вибратора может выделяться на активном сопротивлении заданного значения между внутренними концами металлического стержня (вибратора) и усиливаться согласующим измерительным усилителем.

В качестве регистрирующего устройства, подключенного входами к выходам измерительных усилителей, может использоваться анализатор амплитудно-временных спектров сигналов, например, на электроннолучевой трубке памяти с фоторегистрацией, в том числе, осциллограф.

Опытному исследователю в принципе достаточно представленных сведений для того, чтобы рассчитать сосредоточенные на длине ёмкость и индуктивность стержневого вибратора, величину исходно образующихся зарядов на концах стержневого вибратора, величину тока разряда и время разряда вибратора при задаваемом значении активного сопротивления между внутренними концами разрезанного по середине стержня (вибратора).

Для измерения величины этого тока разряда потребуется его усиление в первом канале измерений первым электронным усилителем с чувствительностью порядка 10^-15 А, с очень низким входным сопротивлением, или с чувствительностью несколько микровольт, но с очень высоким входным сопротивлением.

Таким электронным усилителем может являться измерительный усилитель, обеспечивающий точную передачу электрического сигнала в заданном масштабе (см. источник информации п. 2).

Во втором канале измерений разряд шара 2 на землю происходит через металлический проводник с последовательно соединёнными низкоомным и высокоомным активными сопротивлениями, с выделением падения напряжения на низкоомном сопротивлении и передачей его коаксиальным кабелем длиной 10 м на другой измерительный усилитель, который своим выходом одновременно с выходом первого измерительного усилителя подключен к входам регистрирующего устройства – анализатора амплитудно-временных спектров сигналов первого и второго каналов.

Рассчитанные сосредоточенные по длине центрального провода коаксиального кабеля индуктивность и ёмкость могут быть учтены в приведении скорости напряжения в центральном проводе кабеля к скорости света. Тогда следует посчитать, что расстояние 10 м импульс электрического напряжения по проводам проходит за 3,33 · 10^-8 с. Если скорость импульса продольной электрической волны будет равна 3 · 10²⁰ м/с, то она проходит расстояние 10 м практически мгновенно.

Если быстродействие (время разрешения) современных радиоэлектронных элементов в измерительных усилителях будут идентичны в обоих каналах измерений, то это позволит определить положение на шкале времени начала интервала времени 3,33 · 10^-8 с, соответствующее скорости электромагнитного излучения, и сравнить его с положением на шкале времени начала интервала времени, соответствующего скорости распространения силового взаимодействия зарядов, тем самым экспериментально измерить скорость распространения силового взаимодействия зарядов.

Следует отметить: замечено ещё Герцем, что в момент переплюсовки зарядов электрическое поле распространялось больше скорости света, однако эта скорость, как и скорость тяготения, другими исследователями экспериментально не подтверждена до настоящего времени.

В наиболее общем случае электромагнитных взаимодействий чувствительность детектора поля зависит не от приложенной силы, которая пропорциональна напряжённости поля, а от энергии, которую детектор может получить от поля. В то же время плотность энергии электрического поля пропорциональна напряжённости в квадрате. Из-за чего считается, что эффективность обнаружения такого поля падает как 1/на расстояние его действия в четвёртой степени.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗАРЯДОВ.

На рисунке изображена блок-схема устройства.

Устройство содержит полый металлический шар Ш 1 с радиусом 0,05 м, зарядное устройство ЗУ для разовой зарядки шара Ш 1 до положительного потенциала его поверхности 28000 В, полый металлический шар Ш 2 с радиусом 0,07 м, при этом своей концентрической сферической проводящей оболочкой шар Ш 2 окружает шар Ш 1 для образования на внешней поверхности шара Ш 2 индуцированного положительного заряда 1,56·10^-7 Кл и поверхностного потенциала 20000 В; разрезанный по середине протяжённый металлический стержень МС (вибратор) заданной длины, например, 1 м и диаметром 1 см, ось которого направлена на общий центр шаров Ш1 и Ш2, располагаемый на расстоянии 10 м от середины протяжённого стержня (вибратора); индикатор тока ИТ в виде заданного по величине активного сопротивления, подключенного к внутренним концам разрезанного стержня МС (вибратора); измерительный усилитель ИУ 1 с очень высокими входным сопротивлением, коэффициентом усиления и малой входной ёмкостью, подключенный входом параллельно к выходу индикатора тока ИТ (как показано на рис.) для измерения падения напряжения на активном сопротивлении индикатора тока ИТ в микровольтах, или же измерительный усилитель ИУ 1 выполнен с очень низким входным сопротивлением, с чувствительностью по току порядка 10^-15 А, и его вход включен последовательно с активным сопротивлением индикатора тока ИТ для измерения тока разряда металлического стержня МС (вибратора); вертикально установленный металлический проводник МП с включенными последовательно низкоомным активным сопротивлением НС и высокоомным активным сопротивлением ВС; высоко изолированный рычаг механического контакта ИРК дистанционного управления для обеспечения быстрого прямого электрического контакта металлического проводника МП с сферической оболочкой шара Ш 2; землю З, соединённую с металлическим проводником МП; коаксиальный кабель КК длиной 10 м, проложенный строго параллельно оси разрезанного металлического стержня МС и подключенный с одной стороны к низкоомному сопротивлению НС; измерительный усилитель ИУ 2 с очень высокими входным сопротивлением, коэффициентом усиления и малой входной ёмкостью, подключенный входом к коаксиальному кабелю КК с другой его стороны; регистрирующее устройство РУ (анализатор амплитудно-временных спектров сигналов каналов передачи,например, на электроннолучевой трубке памяти с фоторегистрацией), подключенное входами к выходам измерительных усилителей ИУ 1 и ИУ 2.

Работает устройство следующим образом.

С помощью зарядного устройства ЗУ заряжается поверхность шара Ш 1 до положительного потенциала 28000 В. На шаре Ш 2 при этом появляется индуцированный заряд 1,56 · 10^-7 Кл. На поверхности шара Ш 2 возникнет положительный потенциал 20000 В. Напряжённость электрического поля заряда на поверхности шара 2 определяется в значении 2,86·10⁵ В/м. Напряжённость электрического поля на ближнем к шару 2 внешнем конце стержня вибратора 15,55 (В/м), напряжённость электрического поля на дальнем внешнем конце стержня вибратора 12,73 (В/м). Потенциал в точке на ближнем к шару 2 внешнем конце стержня вибратора 147,8 (В). Потенциал в точке на дальнем внешнем конце стержня вибратора 133,7 (В). Разность потенциалов между этими точками составит 147,8 -133,7 = 14,1 (В).

Эта разность потенциалов образуется в результате исходного одностороннего движения электронов в теле металлического стержня МС (вибратора) до установления равновесия, заряжая тем самым внешние концы разрезанного по середине стержня МС (вибратора) разными знаками зарядов. Заряд шара Ш 2 и заряды внешних концов стержня МС (вибратора) могут сохраняться длительное время.

С помощью высоко изолированного рычага механического контакта ИРК вертикально расположенный металлический провод МП быстро прикасается к поверхности шара Ш 2 для полного устранения путём разряда заряда шара 2. С исчезновением заряда на поверхности шара Ш 2 исчезает напряжённость электрического поля в месте установки детектора поля – металлического стержня вибратора МС (в первом канале измерения). Из-за чего ток разряда разрезанного по середине стержня МС (вибратора) начинает протекать через заданное активное сопротивление индикатора тока ИТ до установления незаряженного состояния стержня МС (вибратора). При этом на активном сопротивлении индикатора тока ИТ выделяется импульс напряжения, который передаётся на высокоомный вход измерительного усилителя ИУ 1, выход которого соединён с первым входом регистрирующего устройства РУ.

Если же измерительный усилитель ИУ 1 должен быть предназначен для измерения импульса тока, а не напряжения, то его низкоомный вход подключается последовательно с сопротивлением индикатора тока ИТ (на рис. не показано), а выход соединяется с первым входом регистрирующего устройства РУ.

Шар Ш 2 током разряда на землю З через последовательно включенные в цепь металлического проводника МП низкоомное сопротивление НС и высокоомное сопротивление ВС создаёт также небольшое падение напряжения на низкоомном сопротивлении НС, которое через коаксиальный кабель КК передаётся на вход измерительного усилителя ИУ 2 с большим входным сопротивлением.

Скорость передачи напряжения по коаксиальному кабелю КК соответствует скорости света, если в последующем при анализе будут учтены продольные индуктивность и ёмкость центрального провода коаксиального кабеля КК. Усиленное напряжение на выходе измерительного усилителя ИУ 2 далее передаётся на второй вход регистрирующего устройства РУ, с помощью которого на шкале времени определяется разность времени прихода начал передних фронтов импульсов напряжений и тем самым скорость продольной волны электрического поля – СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗАРЯДОВ.

При этом особое внимание уделяется подбору сопротивлений индикатора тока ИТ, НС и ВС в металлическом проводнике МП, и тому, чтобы быстродействие (время разрешения) обоих измерительных усилителей ИУ 1 и ИУ 2 было строго одинаковым.

Источники информации:

Комаров С. Г. Легко ли измерить скорость распространения в пространстве силовых взаимодействий электрических зарядов? https://web.snauka.ru/issues/20011/12/5837 https://technology.snauka.ru/2012/02/291
Измерительный усилитель – средство измерений – Википедия ru.wikipedia.ru

Физический эксперимент с применением моноэлектрета

Комаров Станислав Григорьевич — Sat, 01 Mar 2014 07:25:05 +0000

АННОТАЦИЯ

Известно устройство (прибор) такого назначения (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 моноэлектрет, изолированно окружённый 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 шарового 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. 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 шара, как показано на рисунке, или же в форме пластины, – из полимерного диэлектрика, поверхность которого покрыта одним, например положительным, знаком вмороженных зарядов (или же тела шара или пластины оклеены моноэлектретами), образующих суммарный электрический заряд порядка до 10^-5 Кл; 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 1 м, и по разные – противоположные стороны от заряженного электропроводного экрана ЭЭ, 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^-9секунды, 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
Гороховатский Ю. А. «Электретный эффект и его применение», 1997 г., кафедра общей и экспериментальной физики РГПУ им. А. И. Герцена, Санкт-Петербург.

Физический эксперимент с применением моноэлектрета

Комаров Станислав Григорьевич — Thu, 20 Mar 2014 07:02:18 +0000

АННОТАЦИЯ

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.

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.

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.

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.

Система зажигания и питания люминесцентных ламп

Комаров Станислав Григорьевич — Sun, 11 May 2014 15:44:22 +0000

АННОТАЦИЯ

Широко распространенная до настоящего времени система зажигания и питания люминесцентных ламп (источник информации п. 1) в сети переменного тока с применением индуктивного балластного сопротивления – дросселя и стартёра, несмотря на простоту, имеет ряд недостатков: повышенный уровень шума, пульсация светового потока источника света, создающая стробоскопический эффект, и индуктивный характер нагрузки, приводящий к снижению коэффициента мощности. Многие разработчики систем зажигания и питания люминесцентных ламп стремились устранить отмеченные недостатки (источник информации п. 2).

Для повышения коэффициента мощности обычно применяется ёмкостной балласт в паре с индуктивным, но это не исключает других недостатков, свойственных питанию ламп переменным током: сложность конструкции и дороговизна дросселя, гудение дросселя при включении лампы, потребность в стартёре, имеющим ограниченный срок службы, при работе стартёра в цепи постоянного тока с большой индуктивностью возможно залипание его контактов, наличие у лампы нитей накала, которые могут перегореть и потребуют замены ещё вполне пригодной для работы лампы, нет мгновенного загорания лампы при её подключении к источнику питания, и т.д.

Автором был изготовлен и испытан действующий макет системы по схеме рис. 1 (представлен в приложении – на отдельном листе), в котором использованы люминесцентная лампа переменного тока ЛДЦ 40 (напряжение на лампе 110 В, ток 0,3 А, мощность 40 ВТ), балластный конденсатор Со типа МБГЧ на 5 мкф, 500 В, выпрямительный диодный мост ВМ (диодная сборка) типа КЦ 407 К, накопительный конденсатор C1 типа КЭ-2-М на 30 мкф, 300 В, времязадающий конденсатор С2 типа КЭ-2-М на 0.5 мкф, 300 В, кремневый транзистор КТ, коэффициент усиления по току которого не определялся, а его режим работы исследовался по горению светодиода и миниатюрной лампочки от оптрона 0У-2 в силовой цепи транзистора, рассчитанного на напряжение 300 В, фоторезисторные оптроны 01-05, выходные сопротивления которых в закрытом состоянии составляют несколько мгом, а в открытом – порядка 50 ом, диодные сборки ДС1-ДС4 с параметрами каждого из диодов, соответствующими параметрам диодов типа Д 226 Б, и конденсаторная сборка КС, в которой содержится три конденсатора СЗ-С4-С5, каждый из которых имеет ёмкость 0,1 мкф и рассчитан на напряжение 400 В. В качестве фильтра и ограничителя тока лампы был использован стандартный стабилизатор СТ тока – бареттер типа 0,3 Б 65-135 с напряжением стабилизации 65-135 В и током стабилизации 0,27 – 0,33 А, который представлял собой наполненный водородом баллон с железной нитью, сопротивление которой увеличивается по мере роста тока и связанного с этим увеличения температуры.

В системе использовано холодное зажигание лампы ЛДЦ 40 – нити накала не подогреваются и служат как шунтированные электроды. Все перечисленные детали электрической схемы размещались на печатной плате.

Таким образом, предлагаемая первичная система зажигания и питания люминесцентной лампы (рис. 1) содержит блок питания, выполненный в виде преобразователя сетевого переменного напряжения в постоянное напряжение (с использованием выпрямительного моста ВМ, накопительного конденсатора – фильтра С1 и ограничивающего напряжение на конденсаторе С1 конденсатора Со); подключенную к выходу блока питания токоограничивающую цепочку из последовательно соединённых диодов диодной сборки ДС1 и стабилизатора СТ тока – бареттера, а также люминесцентную лампу ЛДЦ 40 переменного тока, используемую в цепи постоянного тока; блок зажигания, выполненный с устройством установки времени зажигания порядка 0,1 с на резисторно-конденсаторной ячейке R – C2, высоковольтном транзисторе КТ и вспомогательном фоторезисторном оптроне О1, а также с блоком конденсаторов КС (С3-С4-С5), с фоторезисторными оптронами О2-О3-О4, обеспечивающими входным первым полупериодом сетевого переменного напряжения параллельную зарядку конденсаторов в блоке КС, а входным вторым полупериодом сетевого напряжения и фоторезисторным оптроном О5 последовательное соединение заряженных конденсаторов между собой для образования импульса зажигания более 600 В, приложенного к шунтированным электродам лампы ЛДЦ 40.

Работает система “холодного” зажигания и питания стандартной люминесцентной лампы ЛДЦ40 следующим образом.

При включении выключателя Вкл (см. рис. 1) переменное напряжение 220 В через балластный (ограничительный) конденсатор Со 5 мкф подается на выпрямительный диодный мост ВМ. Выпрямленным напряжением моста ВМ в течение двух полупериодов сетевого переменного напряжения 220 В успевает зарядиться накопительный конденсатор C1 30 мкф до напряжения 110 В. Постоянное напряжение 110 В сразу же поступает на электроды лампы ЛДЦ 40 через диодную сборку ДС1 и стабилизатор СТ тока – бареттер. Но лампа ЛДЦ 40 не загорается, т. к. напряжения 110 В достаточно только для её горения, но не для зажигания. Напряжение зажигания лампы составляет порядка 600 В.

Напряжением конденсатора C1 начинает заряжаться времязадающий конденсатор С2 в цепи база-эмиттер кремневого транзистора КТ. Пока идет зарядка конденсатора С2 транзистор КТ оказывается открытым в необходимой мере. При этом получает питание светодиод (или миниатюрная лампочка) вспомогательного оптрона 01, фоторезисторы этого оптрона понижают своё сопротивление до минимального (оптрон открывается) и переменное напряжение 220 В через ограничительные резисторы 2R 0,1 м поступает в схемы управления оптронами – в группе зарядных оптронов 02-03-04 (для параллельной зарядки конденсаторов С3-С4-С5) и оптроном 05 в цепи последовательной коммутации заряженных конденсаторов СЗ-С4-С5 между собой.

Первым полупериодом переменного напряжения 220 В открываются оптроны 02-03-04 (группа зарядных оптронов) и все три конденсатора СЗ-С4-С5 заряжаются, но не до действующего напряжения сети 220 В, а до её максимального амплитудного напряжения 314 В. По окончании первого полупериода сетевого напряжения оптроны 02-03-04 закрываются – выходные сопротивления их становятся большими.

Вторым полупериодом сетевого напряжения открывается оптрон 05 и все заряженные конденсаторы СЗ-С4-С5 оказываются включенными последовательно, на выходе последовательной цепи конденсаторов возникает напряжение 942 В, которое оказывается приложенным к электродам лампы ЛДЦ 40. Лампа кратковременно вспыхивает.

Для надёжного зажигания лампы требуется автоматически подать 5-6 импульсов высокого напряжения на её электроды – за 0,1 – 0,12 с, задаваемые схемой устройства установки времени зажигания. Это время задаётся зарядной цепочкой из конденсатора С2 0,5 мкф и сопротивления R 0,2 мгом. После чего заряд конденсатора С2 прекращается, транзистор КТ закрывается, гаснет светодиод (лампочка) вспомогательного оптрона О1 и тем самым схема формирования высоковольтных пусковых импульсов в блоке зажигания с зарядно-разрядными конденсаторами С3-С4-С5 автоматически перестает работать (до нового включения лампы), а сама зажженная лампа питается теперь только выпрямленным током 110 В от конденсатора C1 и шунтирует блок зажигания.

Зажигание (включение) лампы в течение 0,1 сек возможно посчитать мгновенным, т. к. оно на глаз незаметно. Точно так же мгновенным является отключение лампы. После выключения выключателя Вкл конденсатор С1 быстро разряжается на лампу ЛДЦ 40, а конденсатор С2 через несколько секунд разряжается на параллельное ему сопротивление Rр 5 мгом, и электрическая схема лампы ЛДЦ 40 готова к следующему включению.

Экспериментальная проверка показала, что использование при токе неизменной полярности в качестве фильтра и токового ограничителя стабилизатора тока СТ – бареттера, в виде наполненного водородом баллона с железной нитью, не хуже, в том числе по тепловым потерям, стандартного дросселя (но много проще и дешевле), если правильно подобраны значения балластного конденсатора Со, а ток лампы соответствует току стабилизации бареттера СТ, и обеспечивается ток лампы напряжением накопительного конденсатора C1.

При горении лампы отсутствует характерный шум (в схеме нет балластного дросселя), стабилизатор тока СТ не приводит к снижению коэффициента мощности и при широком своём использовании мог бы сэкономить многие тонны стали и меди, идущие на изготовление стандартных дросселей, нет потребности в стартёре и не требуется целостности нитей накала в лампе (лампы в таком случае даже с перегоревшими нитями накала могут найти применение), а включение лампы происходит практически мгновенно.

Поскольку общепринято для эксплуатации на постоянном токе использовать люминесцентные лампы специальной конструкции (что очевидно не зря), автор счёл
необходимым проверить стандартную лампу переменного тока ЛДЦ 40 в схеме с неизменной полярностью тока на предмет возможного возникновения в ней катафореза, приводящего к существенному нарушению режима работы лампы. Эта лампа была испытана в режиме трёхсуточного непрерывного горения. После чего явления катафореза ртути в лампе не было обнаружено. Но очевидно практически целесообразно всё-таки использовать лампы постоянного тока специальной конструкции.

Ограниченные испытания в предлагаемой электрической схеме с неизменной полярностью тока люминесцентных ламп мощностью 15, 20, 30, 40 Вт показали, что применение балластного конденсатора Со до 4-5 мкф при переменном напряжении сети 220 В является обоснованным, а применение стабилизатора тока СТ больше применимо для питания люминесцентных ламп в цепи постоянного тока.

Для увеличения светового потока часто в светильнике размещают две люминесцентные лампы. При этом лампы, например 40 Вт и напряжение 110 В, включаются в электрическую цепь последовательно при сетевом переменном напряжении 220 В. Из-за чего образуется возможность исключить из электрической схемы ограничивающий конденсатор Со 4-5 мкф (чтобы на каждую лампу поступало действующее напряжение 110 В), но появляется потребность увеличить импульс напряжения зажигания последовательно соединённых ламп с 600 В до 1200 В. Внести изменения в параметры элементов электрической схемы системы не составляет особого труда.

Очевидны пути модернизации описанного устройства: за счёт применения вместо бареттера управляемого электронного аналога бареттера (стабилизатора постоянного тока), позволяющего простым способом, например, изменять яркость свечения лампы, автоматической регулировкой устанавливать неизменным световой поток в диапазоне изменяющегося сетевого напряжения 200 – 250 В, использовать фоторезисторные оптроны не индивидуального, а группового управления, а ещё проще и надёжнее вообще заменить их лавинными транзисторами или динисторами, тиристорами. Характеристики всех этих устройств руководитель кружка находит в Интернете и поясняет учащимся принцип их работы. Расширенное ознакомление с конструкцией и принципом действия радиоэлектронного устройства с элементами новизны способствует углублению и расширению знаний учащихся. Что определяет главное предназначение статьи.

Демонстрацию принципа работы блока зажигания возможно также произвести упрощённо – с помощью нескольких навесных конденсаторов 0,1 мкф и электромагнитного реле с несколькими нормально открытыми и нормально закрытыми контактами, позволяющими за каждое срабатывание реле сначала параллельно заряжать конденсаторы, а затем последовательно электрически соединять заряженные конденсаторы с образованием высоковольтного импульса зажигания для люминесцентной лампы.

Поскольку диодные сборки ДС на требуемые в схеме параметры уже освоены предприятиями – производителями радиоэлектронной аппаратуры, а конденсаторные сборки КС (из нескольких конденсаторов 0,05 – 0,1 мкф и на напряжение 400 В) ещё нет, то возможно наладить их производство по индивидуальному заказу, как и стабилизаторы тока – бареттеры (имеется в виду – управляемые электронные аналоги бареттера) на нужные в осветительных устройствах токи и напряжения.

Конденсаторную сборку КС, к примеру, возможно выполнить с применением высоких технологий. Как уже определено, допустимое напряжение U на плоском конденсаторе конденсаторной сборки КС должно составлять 400 В. U = Е∙а = 400 (В). Где Е – электрическая прочность вещества между пластинами – обкладками конденсатора, а – расстояние между обкладками. Если в качестве вещества между обкладками выбрать конденсаторную керамику с электрической прочностью Е = 150 кв/см, то а = U/Е = 400 / 150000 = 0,0027 (см) =0,027(мм).

Конденсаторная керамика имеет диэлектрическую проницаемость е = 150. Если выбрать конденсатор с числом обкладок п = 2 и ёмкостью С = 0,1 мкф (равную 100000 пф), то площадь S каждой из обкладок конденсатора возможно определить по формуле:

S = С ∙ а / 0.009 ∙ е ∙ (п – 1) = 100000 ∙ 0,027/0,009 ∙ 150 ∙ (2 – 1) = 2700/1,35 = 2000 (мм²) – сечение спичечного коробка 50×40 (мм).

Если выбрать толщину d обкладки конденсатора 0,3 мм, то высота Н конденсаторной сборки из трёх конденсаторов составит:

Н = 3 (а + d) = 3 ∙ 0,027 + 3 ∙ 0.3 = 0,981 (мм), т.е. примерно 1 мм. Таким образом, конденсаторная сборка КС может представлять собой устройство – “сендвич” с высокой степенью миниатюризации, выполненное на подложке одновременно с контактной площадкой для коммутации конденсаторов.

Если в каждом конденсаторе использовать несколько обкладок (в виде гребёнки), то возможно создать конденсатор в обозначенной выше площади сечения ёмкостью в единицы мкф и вся электрическая схема системы зажигания и питания люминесцентных ламп может быть создана в интегральном исполнении – на одной подложке (кристалле) и надёжно герметизирована.

Некоторые элементы представленной системы зажигания и питания люминесцентных ламп могут быть использованы специалистами – разработчиками электронной аппаратуры. Электронные (ЭПРА) пускорегулирующие аппараты для люминесцентных ламп уже находят практическое применение (источник информации п. 3), но они используют не сетевые, а повышенные частоты переменного тока, требующие применения индуктивностей и трансформаторов в электрической схеме, что затрудняет интегральное производство систем зажигания и питания люминесцентных ламп.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

Лукачер В.Г. Осветительные устройства с люминесцентными лампами. М. – Л, Госэнергоиздат, 1959 г.
Авторское свидетельство СССР № 320084, 03, 03, 1969 г.
Электронный пускорегулирующий аппарат, материал из Википедии – свободной энциклопедии.
В. Г. Бастанов «300 практических советов», Московский рабочий, 1993, Лампа с перегоревшими нитями, с. 181 – 182.

ПРИЛОЖЕНИЕ:

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема.