В нашем техникуме существует кружок по углубленному изучении физики и электротехники. Руководит кружком преподаватель электротехники и радиоэлектроники Самонов Владимир Александрович.
Кружок существует всего один год, но за это время члены кружка успели создать большое число различных стендов для проведения лабораторных работ по предметам электротехника и радиоэлектроника.
Студенты отремонтировали несколько приборов, которые бездействовали многие годы. Один пример – была восстановлена работа очень старой электрофорной машины, для проведения лабораторных работ по электростатике.
С начала 2017 года в кружке проводятся работы по изучению наследия творческой деятельности Никола Тесла.
Мы поставили своей целью повторить эксперименты Никола Тесла.
На первом этапе мы начали собирать всю информацию в доступных источниках (интернет, книги, научные журналы и т. д.).
В качестве практических опытов был сделан источник высокого напряжения на основе катушки Румкорфа, и уже на основе этого источника была собрана установка, которая в литературе носит название «лестница Иакова».
Высоковольтная установка «Лестница Иакова»
В настоящее время мы начали эксперименты по изучению поведения трансформаторов с ферромагнитным сердечником, при питании его от источника высокочастотных колебаний.
В ходе этих экспериментов была выявлена интересная закономерность: оказалось, что коэффициент трансформации исследуемого трансформатора зависит и от частоты напряжения на его входе!
Во всех учебниках по электротехнике написано, что коэффициент трансформации трансформатора определяется формулой. О том, что этот коэффициент зависит от частоты питающего напряжения, ни в одном учебнике нет ни одного слова.
(E1/E2 = U1/U2 = I2/I1 = w1/w2 =k)
E1, U1, I2, w1 – ЭДС, напряжение, ток и количество витков первичной обмотки.
E2, U2, I1, w2 – ЭДС, напряжение, ток и количество витков вторичной обмотки.
В реальных условиях коэффициент трансформации, при питании трансформатора от источника с переменной частотой меняется практически от нуля до величины k ≈ 15U1/U2.
Это подтверждается изменением выходного напряжения трансформатора в зависимости от питающего напряжения (график изменения выходного напряжения показан на странице 19).
Электрическая схема стенда, на котором исследовались частотные характеристики трансформатора.
Подключение приборов к электрической сети условно не показано.
В качестве нагрузки использовался магазин сопротивлений КМС-06, класс точности 0,2.
График изменения выходного напряжения трансформатора в зависимости от частоты питающего напряжения, при напряжении питания от генератора синусоидальных колебаний 9 В. Напряжение питания трансформатора во всем диапазоне частот не изменялось.
Мощность исследуемого трансформатора 5Вт. Сердечник из ферромагнитного материала. Трансформатор двух обмоточный. Коэффициент трансформации k ≈ 1,28, источник ЭДС подключался к обмотке с меньшим числом витков. Частота генератора изменялась от 20Гц до 220 кГц. Трансформатор испытывался в режиме холостого хода, то есть нагрузкой являлось входное сопротивление вольтметра и подключенного параллельно вольтметру осциллографа. Входное сопротивление обеих этих приборов достаточно велико, поэтому можно считать, что трансформатор работал без нагрузки.
Стенд для испытания трансформатора высокочастотным «ЭДС»
Трансформатор, на котором проводились эксперименты
При подключении активной нагрузки Rн = 10 кОм. Картина изменилась незначительно. Пик напряжения, без нагрузки составлявший 160,7 В, снизился до 150 В. В остальном картина осталась без изменений.
Подготавливается для испытаний, в аналогичных условиях (от генератора синусоидальных колебаний) трансформатор без сердечника – уменьшенная модель трансформатора Тесла. Исследование этого трансформатора даст начальные результаты для исследования трансформатора Тесла.
Следующим шагом будет изготовление маломощной действующей модели трансформатора Тесла с выходным напряжением порядка 500 000 Вольт (это конечно очень мало, но важен первый шаг). На этой модели будут проверены основные технологии изготовления этих трансформаторов, и получены предварительные результаты по составлению математической модели трансформатора Тесла.
Ближайшая цель проекта – повторить опыты Никола Тесла по созданию бестопливного источника электрической энергии.