2019 november 22 - péntek

2.4.14.5.2. Kísérletek ívkisüléssel 2

Az ezen az oldalon olvasható kísérleteket két héttel később végeztem az itt látható kísérletek után, azok folytatásaként.

A kísérletekhez ugyanazt az ionizálót használtam, ugyanazokkal az alkatrészekkel, itt viszont csak közönséges digitális multiméterrel mértem. Természetesen szerencsésebb lett volna Deprez árammérővel mérni, de akkor éppen nem volt ilyen kéznél. Mivel digitális ampermérővel van dolgunk, a mért értékeket fenntartással kezelhetjük csak, bár mint a kiértékelésnél láthatjuk majd, reálisaknak tekinthetők.

II. kísérletsor

1. kísérlet

A kísérlet célja megállapítani az ionizáló bemeneti energia felvételét abban az esetben, mikor a szikraköz elektródáinak távolsága olyan nagy, hogy nem jön létre ívkisülés.

Három mérés történt. Az első az ionizátor kikapcsolt állapotában történt, a második a 450 V-os üzemmódban, a harmadik pedig a 900 V-os üzemmódban. A bemeneti feszültség 232 V volt.

Az eredményeket az 1. táblázatban láthatod.

Üzemmód
Áram
Feszültség
Teljesítmény
Kikapcsolva
157 mA
232 V
36,4 mW
450 V-os
72 mA
232 V
16,7 mW
900 V-os
50 mA
232 V
11,6 mW

1. táblázat. A bemeneti teljesítményfelvétel ívkisülés nélkül

Meglepő módon a kikapcsolt állapotban volt a legnagyobb teljesítményfelvétel, majd a két bekapcsolt állapotnál ez fokozatosan csökkent. Erre nem találtam magyarázatot, lévén, hogy az ionizáló kapcsolását nem ismerjük.

2. kísérlet

A kísérlet célja megállapítani az ionizáló bemeneti energia felvételét abban az esetben, mikor a szikraköz elektródái rövidre vannak zárva, s így szintén nem jön létre ívkisülés.

Ebben a kísérletben az izzó párhuzamosan van kötve a kondenzátorral. A kimeneti teljesítmény meghatározásához az izzó ellenállását a korábban kiszámolt 60 W-nak vehetjük.

A következő táblázatban a bemeneti és kimeneti teljesítmények vannak feltűntetve.

Üzemmód
Ibe
Ube
Uki
Pbe
Pki
h
450 V-os
72 mA
232 V
0,3 mV
16,7 mW
1,5 nW
8,9*10-8
900 V-os
50 mA
232 V
0,6 mV
11,6 mW
6,0 nW
5,2*10-7

2. táblázat. A bemeneti és kimeneti teljesítmények rövidre zárt szikraköznél

Mint látjuk, a bemeneti teljesítmények is kicsik, de a kimenetiek még sokkal kisebbek, ezért kapunk ilyen rendkívül rossz energetikai hatásfokot mind a két üzemmódban rövidre zárt szikraköznél. Ebben az esetben tehát érvényesül az energia megmaradás törvénye.

Azt is láthatjuk, hogy a rövidre zárt szikraköz esetében ugyanannyi volt az áramfelvétel, mint a nagy távolságra eltolt szikraköz esetében.

3. kísérlet

A kísérlet célja megállapítani az ionizáló bemeneti energia felvételét abban az esetben, mikor a szikraközben létrejön az ívkisülés.

A kimeneti teljesítményt a korábban elvégzett kísérletek alapján írtam be. (lásd itt), de annak effektív értékével számolva. Mivel a 450 V-os üzemmódban nem mértünk korábban, ezért ez a részt üresen maradt.

A mérési és számítási eredményeket a következő táblázat mutatja.

Üzemmód
Ibe
Ube
Pbe
Pki
h
450 V-os
60 mA
232 V
13,9 mW
900 V-os
48 mA
232 V
11,2 mW
27,38 mW
2,44

3. táblázat. A bemeneti és kimeneti teljesítmények működő szikraköznél

Az első, amit észrevehetünk, hogy a szikraköz esetén a bemeneti áramfelvétel még csökkent is az ívkisülések nélküli üzemmódokhoz képest, azaz a plazma energiájának egy része visszatáplálódott a bemenetre is.

A másik észrevétel az, hogy míg a plazma hatásfoka 419 % volt (lásd itt), addig az ionizáló teljes hatásfoka csak 244 %. Ez természetesen javítható jobb hatásfokú feszültségnövelő áramkör használatával.

Kiértékelés

  1. A bemeneti áramfelvétel rövidre zárt szikraköznél és ívkisülés nélküli szikraköznél megegyezik, az ívkisülés esetén viszont még le is csökken, ami azt jelzi, hogy a plazma energiájának egy része visszatáplálódott a bemenetre is.
  2. Ívkisülés nélkül a kimeneten az energia mindig kevesebb, mint a bemeneten, ami megfelel az energia megmaradás törvényének. Ívkisülésnél azonban ez a törvény megsérül és a kimeneten több energiát kapunk, mint a bemeneten.
  3. Az I. kísérletsor kiértékelésénél kiszámoltuk, hogy a kondenzátor kisülés alatt produkált teljesítménye 19,6 mW (lásd itt). Mivel a kisülés a teljes periódus egyharmadát teszi ki, ezért az átlagos teljesítmény:

    Pcátl = Pc / 3 = 19,6 mW / 3 = 6,5 mW

    Mivel a kondenzátor 900 V-ra töltődött fel, ezért a kondenzátor átlagos kisülési árama

    Icátl = Pcátl / Uc = 6,5 mW / 900 V = 7,22 * 10-6 A = 7,22 mA

    A kondenzátor töltése és kisütése közötti nagyon minimális veszteségeket figyelmen kívül hagyva azt mondhatjuk, hogy a kondenzátor a feltöltéséhez a transzformátorból szintén 7,22 mA-t vett fel átlagban. Mivel a 900 V-os feszültséget 232 V-ból állította elő a trafó, ezért annak menetszám arányát N = 900 / 232 = 3,88-nak vehetjük. Így a trafó bemenetén az átlagos áramfelvétel:

    ITrbe = Icátl * N = 7,22 * 10-6 A * 3,88 = 2,8 * 10-5 A = 28 mA

    Mivel a transzformátoron fellépnek veszteségek, ezért ez az áram nagyobb a valóságban, de még akkor is bőven a mért 48 mA alatt vagyunk. Mindez alátámasztja azt, hogy a mért értékek helyesek és hogy ez a lengyelpiaci ionizáló rendkívül rossz energetikai hatásfokkal rendelkezik, bár arra, aminek készült, teljesen megfelel.

  4. A bemeneti áramfelvétel csökkenése arra enged következtetni, hogy a plazma a bemenet felé is ad energiát. De akkor miért nem önfenntartó a kísérleti kapcsolásunk? Hiszen az energia valahol eltárolódik.

    Az első feltételezésünk az lehetne, hogy a kondenzátorban tárolódik el. Viszont az izzólámpán mért jelalakból egyértelműen látszik, hogy az megegyezik a kondenzátor kisülési görbéjével. (Ez mellesleg nagyon sok további lehetőséget vet fel a plazma hasznosítására, de erre most nem térek ki.) Tehát, mivel csak addig folyik áram az izzón keresztül, ameddig a kondenzátor kisülése folyamatban van, ezért egyértelműnek tűnik az, hogy a kondenzátorban nem tud eltárolódni a plazma energiája. Más volna a helyzet, ha a terhelés szerepét izzólámpa helyett egy tekercs töltené be, mivel akkor rezgőkört kapnánk, de jelen esetben nem ez a helyzet. Az egyetlen lehetséges energiatárolási hely a transzformátor tekercse.

    Ha megnézzük az ívkisülés alatt a bemeneti áram változását, akkor azt tapasztaljuk, hogy az 50 mA-ről 48 mA-ra csökkent. Ez a 2 mA-es különbség lehet akár mérési hiba is. De az elgondolkoztató, hogy a terhelés meghajtása nem igényel több energiát, mint a terheletlen állapot!

III. kísérletsor

Az I kísérletsor 5. kísérleténél (lásd itt) megfigyeltük, hogy a katód környékén erős mágneses tér alakult ki. Ebben a kísérletsorban ezt a jelenséget vizsgáljuk meg közelebbről, hiszen ez az energia szintén hasznosítható lenne.

1. kísérlet

A kísérlet menete megegyezett az I kísérletsor 5. kísérletével, annyi különbséggel, hogy a 232 V-os bemeneten az árammérő továbbra is be volt kötve.

A tapasztalat megegyezett, ismételten csak a katódnál volt érzékelhető a mágneses vibrálás, az anódnál viszont nem.

Ugyanakkor az árammérőn érdekes dolgok voltak megfigyelhetők. Nevezetesen, hogy minél közelebb került a fogó a katódhoz, annál nagyobb áramokat mutatott a műszer, míg ki nem akadt.

Vajon ekkor nő az áramfelvétel, vagy pedig a mágneses tér kisugárzását fogja fel a műszer mérőzsinórja?

2. kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy a fogó katódhoz való közelítése megnöveli-e a felvett áramot.

A választ két lépésben végzett kísérlettel kapjuk meg:

  • A műszer méréshatárát változtatva ez a jelenség megismétlődött, kezdve a 2 mA-es méréshatártól egészen a 10 A-es méréshatárig.
  • A fogó mérőzsinórral bezárt szögét változtatva azt tapasztaltuk, hogy mikor a fogó szára a zsinórra merőleges volt, akkor a műszer nem mutatott áramnövekedést, a merőlegestől eltérő szögekben viszont igen. A maximum értéket akkor tapasztalhatjuk, mikor a fogó szára és a mérőzsinór egymással párhuzamosak.

Ezek a kísérletek egyértelműen bebizonyították, hogy nem az áramfelvétel növekedett, hanem az ívkisülés elektromágneses energiája indukált feszültséget a mérőzsinórban. Ez a feszültség aztán hozzáadódott az árammérő söntjén eső feszültséghez.

3. kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy a fogónál könnyebb ferromágneses anyagnál növekszik-e a vibráció erőssége.

Ehhez egy használaton kívül eső mérőzsinórt vettem, annak a mérőfejét közelítettem a katódhoz. A műszeren megjelenő értékek hasonlóak voltak, mint a fogó esetében, de a mérőfejen valamivel erősebb rezgés volt tapasztalható. Ez a mérőfej kisebb súlyából eredt.

4. kísérlet

A kísérlet célja a bemeneti árammérő zsinórjában indukált feszültség és a katód-mérőfej távolságok közötti viszonyok feltárása.

Megjegyzések:

  • A műszer 10 A-es méréshatárra volt állítva, de mivel valójában nem áramot mértünk, ezért a következő sorokban a mutatott értékekre már csak egységként fogok hivatkozni. 1 A egy egységet jelent.
  • A katód felé közelített mérőzsinórt adóantennának, a mérőműszer zsinórját pedig vevőantennának nevezzük el.

A következő ábrán az adóantenna és a katód közötti távolságokat és az indukált feszültség egységekben mért értékeit láthatod.

Kis1 2.4.14.5.2. Kísérletek ívkisüléssel 2

1. ábra. Az adóantenna-katód közötti távolság és az indukált feszültség viszonyai

Az 1. ábrán jól látható, hogy az indukció akkor vált érzékelhetővé, mikor az adóantenna 1,2 mm-re megközelítette a katódot. (Természetesen a mérőműszer érzékenységének növelésével ez a távolság nagyobb lenne.) Tovább közelítve az adóantennát az indukció egyenletesen növekedett egészen 0,5 mm-es távolságig, ahol is kialakult a másodlagos ívkisülés, ami drasztikusan megnövelte az indukált egységek számát 0,56-ról 2,3-ra. A távolság további csökkenésével az indukált feszültség erőteljesen tovább növekedett egészen a galvanikus kapcsolat kialakulásáig. A galvanikus kapcsolat előtt elérte a 19,3 egységet, majd a fizikai kontaktus létrejöttekor hirtelen leesett az indukció értéke 0,26 egységre. Ez az érték jóval kisebb, mint amit pl. a 0,5 mm-es távolságnál mérhettünk, ami nagyon meglepő.

5. kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy miként hat az indukcióra az emberi test földelő hatása.

Az adóantenna vezetékét a 4. kísérletnél a kezembe fogva közelítettem a katódhoz. Még ha le is volt szigetelve az adóantenna, ennek ellenére a testem földelő hatása érvényesült. Ezért ennél a kísérletnél csak hozzáérintettem az adóantennát a katódhoz és elengedtem azt, így mérve a vevőantennában indukált feszültséget.

Az eredmény 1,55 egység, ellentétben a korábbi kísérletnél mért 0,26 egységgel. Ez igazolta azt, hogy a testünk leföldeli az elektromágneses energia nagy részét.

6. kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy az indukció során csökken-e az izzón megjelenő villamos teljesítmény.

Itt arra a kérdésre kerestem a választ, hogy vajon mikor a katód körül kialakuló elektromágneses energiát megcsapoljuk, akkor ez az "elvett" energia csökkenti-e az izzón megjelenő villamos teljesítményt. Ezt egyszerűen, vizuális módon figyeltem meg, azaz az izzó fényerejét vizsgáltam, miközben elvégeztem újból a 4. és 5 kísérletekben leírt méréseket.

Azt tapasztaltam, hogy egyik esetben sem csökkent az izzó fényereje, még a másodlagos plazma kialakulásakor sem. Ez arra enged következtetni, hogy az izzón mért teljesítmény csak töredéke az ívkisülés során keletkező energiának.

Természetesen a vizuális megfigyelések helyett komolyabb mérések is szükségesek ennek a ténynek a megerősítésére.

7. kísérlet

A kísérlet célja annak megállapítása, hogy a szikraköz távolsága és a kisugárzott energia milyen kapcsolatban van egymással.

Ennél a kísérletnél a szikraközt csökkentettem folyamatosan, miközben az adóantenna galvanikusan csatlakozott a katódhoz. Az indukált feszültséget a fentebb ismertetett módon a vevőantenna és a műszer segítségével mértem, a villamos teljesítményt pedig az izzó fényerejéből következtettem.

Azt tapasztaltam, hogy a szikraköz csökkentésével a kisülések gyakorisága növekedett, a fényerő csökkent, az indukált feszültség viszont NÖVEKEDETT.

Az természetes, hogy nőtt a kisülés frekvenciája, hiszen a szikraköz csökkentésével hamarabb feltöltődött a kondenzátor arra a feszültségre, amin kisülhetett.

Az is természetes, hogy az izzó fényereje csökkent, hiszen a kondenzátor csak kisebb feszültségre töltődött fel.

De az már újdonság volt, hogy kisebb szikraköznél növekedett a plazma körüli mágneses tér energiája.

8. kísérlet

A kísérlet célja a másodlagos ívkisülés természetének a vizsgálata.

Azt tapasztalhatjuk, hogy az adóantennát mind az anódhoz, mind pedig a katódhoz közelítve létrejön a másodlagos ívkisülés. A katódnál ez erősebb, az anódnál pedig gyengébb szikrát hoz létre.

Ennek magyarázata, hogy a katódhoz közelítve a katódról elektronok ugornak át az adóantennára, az anódhoz közelítve pedig az antenna elektronjait veszi fel az anód.

Kiértékelés

  1. A plazma energiájának csak egy részét teszi ki a villamos energia. A másik része elektromágneses energiaként jelenik meg különböző hullámhosszokon: fényként, hőként és a kisülés frekvenciáján rezgő mágneses energiaként. A pontosabb analízishez azonban a teljes elektromágneses spektrum műszeres vizsgálata szükséges.
  2. Ennek az elektromágneses energiának a megcsapolása nem csökkenti a villamos energia nagyságát.
  3. Az emberi test a kisugárzott elektromágneses energiát, vagy legalábbis annak nagy részét leföldeli.
  4. A szikraköz változtatásával a plazma energiájának villamos és elektromágneses arányát változtathatjuk. A szikraköz csökkentésével a villamos energia csökken (egyenes arányosság), az elektromágneses energia viszont nő (fordított arányosság).
  5. A másodlagos ívkisülés úgy is létrejön, hogy az adóantenna másik vége szabadon lóg a levegőben. Ez az ívkisülés a katódhoz közelítve a katódról elektronátadás útján, az anódhoz közelítve pedig az antenna elektronjainak felvétele útján jön létre.

Megjegyzés:

A kísérletek során sajnos a digitális multiméter is tönkrement úgy, hogy 600 V-os méréshatárnál mértem a 450 V-os üzemmódban. Elméletileg nem lett volna szabad tönkremennie a műszernek, de az ívkisülés nagy energiái így is tönkretették a műszerben lévő chip-et. Az érdekes az, hogy még az elemet is lemerítette ez az energia egy pillanat alatt. Várnom kellett több percet kikapcsolt állapotban, mire újra be tudtam kapcsolni a multimétert, de akkor már csak az ellenállás mérője működött.

Tényleg nagy energiák jelenhetnek meg a plazmában, és nem csak villamos energia formájában, hanem elektromágneses lökéshullámokként is! A hagyományos műszerekre ez nagyon veszélyes!

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás