¿Cómo puede una chispa de CC crear ondas EM?

Aug 19 2020

Tengo una pregunta sobre las chispas utilizadas en la historia temprana de la radio. He leído preguntas similares pero todavía necesito su ayuda, por favor.

He aprendido de fuentes como https://neurophysics.ucsd.edu/courses/physics_1b/SerwayCP7_Ch21.pdf y http://www.arrl.org/files/file/History/History%20of%20QST%20Volume%201%20-%20Technology/Kennedy%20N4GG.pdfque la CA, ya sea en un cable o en una chispa, crea ondas EM. Esto se debe a que en CA los electrones se aceleran y desaceleran constantemente, y se requiere la aceleración de una partícula cargada para generar ondas EM.

Estoy usando 2 generadores HV para generar chispas y una bombilla de neón para probar la presencia de ondas EM.

(1) El primer generador es un pequeño cilindro de plástico cerrado. Le doy una entrada de 5VDC con amperios bajos. No pude encontrar especificaciones para la salida, excepto que afirma generar una salida de 400KV, lo cual dudo. Este generador produce continuamente una chispa intermitente que hace que la bombilla de neón parpadee de forma sincronizada.

(2) El segundo generador es un transformador de retorno ZVS ("Circuito controlador de retorno de bobina Tesla de conmutación de voltaje cero (ZVS) de 12 V-36 V"). Le doy 24VDC a 10A. Este generador produce continuamente una chispa sólida que hace que la bombilla de neón permanezca encendida continuamente. Las especificaciones de este generador establecen que genera "Salida de corriente continua de alto voltaje, voltaje de entrada de voltaje de aproximadamente 1000 veces".
Si esto es cierto, entonces parece ser que la chispa de CC está creando ondas EM, lo que para mí no tiene sentido. ¿Cómo se enciende la bombilla de neón?

Respuestas

9 JohnDoty Aug 19 2020 at 23:19

Usualmente usamos las matemáticas de las ondas sinusoidales ("AC") para analizar la radiación electromagnética, y hay buenas razones para ello. Sin embargo, el primer tratamiento de cómo la carga genera radiación que encontró mi generación de estudiantes de física del MIT fue diferente.

Considere una carga aislada, no acelerada. Sus líneas de campo eléctrico simplemente apuntan hacia afuera de manera uniforme. Ahora, muévelo a un lado de repente. Posteriormente, sus líneas de campo eléctrico todavía apuntan hacia afuera de manera uniforme, pero desde un lugar diferente. No es difícil mostrar, usando las ecuaciones de Maxwell, que el límite entre el espacio donde se originan las líneas de campo desde la primera posición y la segunda se expandirá como una esfera a la velocidad de la luz. En el límite, las líneas de campo están torcidas. Esa es una onda electromagnética no sinusoidal en expansión.

Su chispa no es exactamente esto, pero está estrechamente relacionado: un montón de carga de repente se mueve a través de la brecha. La corriente de retorno a través de su fuente de alimentación es una complicación, pero el resultado básico, una onda electromagnética impulsiva no sinusoidal, es similar.

23 Transistor Aug 19 2020 at 04:07

La chispa, a menos que sea un arco continuo continuo, fluctuará en intensidad. Esto significa que tendrá un componente de CA incluso si la corriente nunca se invierte. En la práctica, las chispas son muy ruidosas y generarán frecuencias en un amplio espectro.

10 tomas789 Aug 19 2020 at 16:59

No es la parte de CC en sí. Es el borde ascendente. La chispa crea una forma de onda cuadrada que en realidad consiste en infinitas ondas sinusoidales. Eso se explica por la transformación de Fourier. Eche un vistazo a la siguiente imagen para ver cuántas ondas sinusoidales pueden crear un cuadrado.

6 MattTimmermans Aug 20 2020 at 09:11

Ninguna de sus fuentes "CC" produce una corriente continua constante a través del espacio. Pueden producir corriente solo en una dirección, pero se encenderá y apagará.

La causa de esto es que un espacio de chispa tiene dos estados con resistencias muy diferentes y se comporta de una manera que convierte una fuente "DC" en un oscilador:

  1. Sin chispa, la resistencia entre los electrodos es extremadamente alta . Esencialmente, no fluirá corriente hasta que el voltaje entre los electrodos sea lo suficientemente alto como para ionizar el gas entre ellos.
  2. Cuando el gas se ioniza (visible como la chispa), crea un camino conductor entre los electrodos. La resistencia entre los electrodos se vuelve instantáneamente extremadamente baja . La corriente se vuelve instantáneamente muy alta y esta rápida transición emite radiación EM.
  3. Se necesitaría una cantidad increíble de energía para mantener el voltaje de salida muy alto de su suministro a través de una resistencia tan baja. No tiene ese tipo de poder, por lo que después de la chispa inicial, la corriente pronto cae demasiado bajo para sostener la chispa y se apaga. Por lo general, hay un condensador de salida que drenará la chispa.
  4. Ahora volvemos a (1). La resistencia es alta, no fluye corriente, por lo que el voltaje puede aumentar hasta que se vuelva a encender la chispa.

Cuando usa su generador de CC de "alta potencia", la chispa puede parecer continua, pero en realidad se enciende y apaga muy rápidamente.

4 VoltageSpike Aug 19 2020 at 04:40

Lo más probable es que el efecto (yo creo) se deba al efecto de voto a través de la bombilla de neón de un campo eléctrico. Podría ser magnético (inductivo) pero creo que sería más difícil con una bombilla de neón ya que no hay mucho metal.

Podría ser cualquiera de estas cosas:

  • Una chispa
  • Sangrado del suministro de alta tensión al aire (acoplamiento capacitivo)

Una chispa es simplemente el momento de los electrones, los electrones en movimiento crean campos magnéticos. Si el campo cambia rápidamente, crea oscilaciones de ondas eléctricas y magnéticas, también conocidas como ondas de radio.

El aire (y cualquier superficie metálica) con campos eléctricos viajando entre ellos puede funcionar como un condensador.

El cambio también puede provenir de un suministro de alta tensión si las bobinas no están apantalladas (campos magnéticos)