Como uma centelha DC pode criar ondas EM?
Eu tenho uma pergunta, por favor, sobre faíscas usadas no início da história do rádio. Eu li perguntas semelhantes, mas ainda preciso da sua ajuda, por favor.
Eu aprendi de fontes como https://neurophysics.ucsd.edu/courses/physics_1b/SerwayCP7_Ch21.pdf e http://www.arrl.org/files/file/History/History%20of%20QST%20Volume%201%20-%20Technology/Kennedy%20N4GG.pdfque AC, seja em fio ou faísca, cria ondas EM. Isso ocorre porque em CA os elétrons estão constantemente acelerando e desacelerando, e a aceleração de uma partícula carregada é necessária para gerar ondas EM.
Estou usando 2 geradores HV para gerar faíscas e uma lâmpada de néon para testar a presença de ondas EM.
(1) O primeiro gerador é um pequeno cilindro de plástico fechado. Eu dou entrada de 5 VCC com baixa amperagem. Não consegui encontrar especificações para a saída, exceto que afirma gerar saída de 400KV, o que duvido. Este gerador produz continuamente uma faísca intermitente que faz com que a lâmpada neon pisque em sincronia.
(2) O segundo gerador é um transformador flyback ZVS ("12v-36V Zero Voltage Switching (ZVS) Tesla Coil Flyback Driver Circuit"). Eu dou 24 VCC a 10A. Este gerador produz continuamente uma centelha sólida que faz com que a lâmpada de néon permaneça acesa continuamente. As especificações deste gerador indicam que ele gera "Saída de corrente contínua de alta tensão, tensão de entrada de cerca de 1000 vezes".
Se isso for verdade, então parece que a centelha DC está criando ondas EM, o que não faz sentido para mim. Como a lâmpada de néon está acendendo?
Respostas
Normalmente usamos a matemática das ondas senoidais ("CA") para analisar a radiação eletromagnética e há boas razões para isso. No entanto, o primeiro tratamento de como a carga gera radiação que minha geração de alunos de física do MIT encontrou foi diferente.
Considere uma carga isolada, não acelerando. Suas linhas de campo elétrico simplesmente apontam para fora dele uniformemente. Agora, mova-o para um lado repentinamente. Depois disso, suas linhas de campo elétrico ainda apontam para fora de maneira uniforme, mas de um lugar diferente. Não é difícil mostrar, usando as equações de Maxwell, que o limite entre o espaço onde as linhas de campo se originam da primeira posição e a segunda se expandirá como uma esfera na velocidade da luz. No limite, as linhas de campo estão tortas. Essa é uma onda eletromagnética não senoidal em expansão.
Sua centelha não é exatamente isso, mas está intimamente relacionada: um monte de carga se move de repente através da lacuna. A corrente de retorno pela fonte de alimentação é uma complicação, mas o resultado básico, uma onda eletromagnética não sinusoidal impulsiva, é semelhante.
A faísca, a menos que seja um arco contínuo e estável, irá flutuar em intensidade. Isso significa que ele terá um componente CA mesmo que a corrente nunca seja reversa. Na prática, as faíscas são muito barulhentas e geram frequências em um amplo espectro.
Não é a parte DC em si. É a borda ascendente. A centelha cria uma forma de onda quadrada que, na verdade, consiste em um número infinito de ondas senoidais. Isso é explicado pela transformação de Fourier. Dê uma olhada na imagem a seguir para ver quantas ondas senoidais podem criar um quadrado.
Nenhuma de suas fontes "DC" está produzindo uma corrente contínua constante no intervalo. Eles podem produzir corrente apenas em uma direção, mas ela estará acontecendo e desligando.
A causa disso é que um centelhador tem dois estados com resistências muito diferentes e se comporta de uma maneira que transforma uma fonte "DC" em um oscilador:
- Sem faísca, a resistência entre os eletrodos é extremamente alta . Basicamente, nenhuma corrente fluirá até que a tensão entre os eletrodos fique alta o suficiente para ionizar o gás entre eles.
- Quando o gás se ioniza (visível como uma faísca), ele cria um caminho condutor entre os eletrodos. A resistência entre os eletrodos torna-se instantaneamente extremamente baixa . A corrente torna-se instantaneamente muito alta e essa transição rápida emite radiação EM.
- Seria necessária uma quantidade incrível de energia para manter a tensão de saída muito alta de sua fonte em uma resistência tão baixa. Ele não tem esse tipo de energia, então, após a faísca inicial, a corrente logo cai muito baixo para sustentar a faísca e ela se apaga. Normalmente existe um capacitor de saída que a centelha drena.
- Agora estamos de volta a (1). A resistência é alta, nenhuma corrente flui, então a tensão pode aumentar até que a centelha se refaça.
Quando você usa seu gerador CC de "alta potência", a faísca pode parecer contínua, mas na verdade está ligando e desligando muito rapidamente.
O efeito é mais provável (eu acho) da votlage através da lâmpada de néon de um campo elétrico. Pode ser magnético (indutivo), mas acho que seria mais difícil com uma lâmpada neon, pois não há muito metal.
Pode ser uma destas coisas:
- Uma faísca
- Sangramento do suprimento HV para o ar (acoplamento capacitivo)
Uma faísca é simplesmente o momento dos elétrons, os elétrons em movimento criam campos magnéticos. Se o campo muda rapidamente, ele cria oscilações de ondas elétricas e magnéticas, também conhecidas como ondas de rádio.
O ar (e qualquer superfície de metal) com campos elétricos viajando entre eles pode funcionar como um capacitor
A mudança também pode vir de uma fonte de alta tensão se as bobinas não estiverem blindadas (campos magnéticos)