Comment une étincelle DC peut-elle créer des ondes EM?

Question

J'ai une question sur les étincelles utilisées dans l'histoire des débuts de la radio. J'ai lu les questions similaires mais j'ai encore besoin de votre aide s'il vous plaît.

J'ai appris de sources telles que https://neurophysics.ucsd.edu/courses/physics_1b/SerwayCP7_Ch21.pdf et http://www.arrl.org/files/file/History/History%20of%20QST%20Volume%201%20-%20Technology/Kennedy%20N4GG.pdfque le courant alternatif, qu'il soit en fil ou en étincelle, crée des ondes électromagnétiques. En effet, dans le courant alternatif, les électrons accélèrent et décélèrent constamment, et l'accélération d'une particule chargée est nécessaire pour générer des ondes EM.

J'utilise 2 générateurs HV pour générer des étincelles et une ampoule au néon pour tester la présence d'ondes EM.

(1) Le premier générateur est un petit cylindre en plastique fermé. Je lui donne une entrée 5VDC avec des amplis faibles. Je n'ai pas pu trouver de spécifications pour la sortie, sauf qu'elle prétend générer une sortie de 400KV, ce dont je doute. Ce générateur produit en permanence une étincelle intermittente qui fait clignoter l'ampoule au néon en synchronisation.

(2) Le deuxième générateur est un transformateur flyback ZVS ("Circuit pilote de retour de bobine Tesla à commutation de tension zéro 12v-36V (ZVS) Tesla"). Je lui donne 24VDC à 10A. Ce générateur produit en permanence une étincelle solide qui fait que l'ampoule au néon reste allumée en permanence. Les spécifications de ce générateur indiquent qu'il génère «une sortie de courant continu haute tension, une tension d'entrée de tension d'environ 1000 fois».
Si cela est vrai, il semble que l'étincelle DC crée des ondes EM, ce qui n'a pas de sens pour moi. Comment l'ampoule néon s'allume-t-elle?

Answer 1

Nous utilisons généralement le calcul des ondes sinusoïdales («AC») pour analyser le rayonnement électromagnétique, et il y a de bonnes raisons à cela. Cependant, le premier traitement de la façon dont la charge génère des radiations que ma génération d'étudiants en physique du MIT a rencontrés était différent.

Considérez une charge isolée, pas d'accélération. Ses lignes de champ électrique pointent simplement vers lui de manière uniforme. Maintenant, déplacez-le soudainement d'un côté. Par la suite, ses lignes de champ électrique pointent toujours de manière uniforme, mais d'un endroit différent. Il n'est pas difficile de montrer, en utilisant les équations de Maxwell, que la frontière entre l'espace où les lignes de champ proviennent de la première position et de la seconde s'étendra comme une sphère à la vitesse de la lumière. Sur la limite, les lignes de champ sont pliées. C'est une onde électromagnétique non sinusoïdale en expansion.

Votre éclateur n'est pas exactement cela, mais il est étroitement lié: un tas de charge se déplace soudainement à travers l'espace. Le courant de retour à travers votre alimentation est une complication, mais le résultat de base, une onde électromagnétique impulsive non sinusoïdale, est similaire.

Answer 2

L'étincelle, à moins qu'il ne s'agisse d'un arc continu continu, fluctuera en intensité. Cela signifie qu'il aura un composant AC même si le courant ne va jamais en sens inverse. Dans la pratique, les étincelles sont très bruyantes et génèrent des fréquences sur un large spectre.

Answer 3

Ce n'est pas la partie DC elle-même. C'est le bord ascendant. L'étincelle crée une forme d'onde carrée qui se compose en fait d'une infinité d'ondes sinusoïdales. Cela s'explique par la transformation de Fourier. Jetez un œil à l'image suivante pour voir combien d'ondes sinusoïdales peuvent créer une onde carrée.

Answer 4

Aucune de vos sources «DC» ne produit un courant continu constant à travers l'intervalle. Ils peuvent produire du courant dans un seul sens, mais cela se produira par intermittence.

La cause de ceci est qu'un éclateur a deux états avec des résistances très différentes, et se comporte d'une manière qui transforme une source "DC" en un oscillateur:

1. Sans étincelle, la résistance entre les électrodes est extrêmement élevée . Essentiellement, aucun courant ne circulera tant que la tension entre les électrodes ne sera pas suffisamment élevée pour ioniser le gaz entre elles.
2. Lorsque le gaz s'ionise (visible sous forme d'étincelle), il crée un chemin conducteur entre les électrodes. La résistance entre les électrodes devient instantanément extrêmement faible . Le courant devient instantanément très élevé et cette transition rapide émet un rayonnement électromagnétique.
3. Il faudrait une quantité d'énergie incroyable pour maintenir la tension de sortie très élevée de votre alimentation sur une résistance aussi faible. Il n'a pas ce genre de puissance, donc après l'étincelle initiale, le courant tombe rapidement trop bas pour maintenir l'étincelle, et il s'éteint. Habituellement, il y a un condensateur de sortie que l'étincelle drainera.
4. Nous revenons maintenant à (1). La résistance est élevée, aucun courant ne circule, donc la tension peut augmenter jusqu'à ce que l'étincelle se reforme.

Lorsque vous utilisez votre générateur CC «haute puissance», l'étincelle peut sembler continue, mais elle s'allume et s'éteint très rapidement.

Answer 5

L'effet est le plus probable (je pense) du votlage à travers l'ampoule au néon d'un champ électrique. Cela pourrait être magnétique (inductif) mais je pense que ce serait plus difficile avec une ampoule au néon car il n'y a pas beaucoup de métal.

Cela pourrait être l'une de ces choses:

• Une étincelle
• Purge de l'alimentation HT dans l'air (couplage capacitif)

Une étincelle est simplement le moment des électrons, les électrons en mouvement créent des champs magnétiques. Si le champ change rapidement, il crée des oscillations d'ondes électriques et magnétiques autrement appelées ondes radio.

L'air (et toute surface métallique) avec des champs électriques voyageant entre eux peut fonctionner comme un condensateur

Le changement peut également provenir d'une alimentation HT si les bobines ne sont pas blindées (champs magnétiques)