Bir DC kıvılcımı nasıl EM dalgaları yaratabilir?
Radyo tarihinin ilk dönemlerinde kullanılan kıvılcımlar hakkında bir sorum var. Benzer soruları okudum ama yine de yardımınıza ihtiyacım var lütfen.
Gibi kaynaklardan öğrendim https://neurophysics.ucsd.edu/courses/physics_1b/SerwayCP7_Ch21.pdf ve http://www.arrl.org/files/file/History/History%20of%20QST%20Volume%201%20-%20Technology/Kennedy%20N4GG.pdfAC, ister tel ister kıvılcım halinde olsun, EM dalgaları yaratır. Bunun nedeni, AC'de elektronların sürekli olarak hızlanması ve yavaşlaması ve EM dalgaları oluşturmak için yüklü bir parçacığın hızlanmasının gerekmesidir.
Kıvılcım oluşturmak için 2 HV jeneratörü ve EM dalgalarının varlığını test etmek için bir neon ampul kullanıyorum.
(1) İlk jeneratör, küçük, kapalı bir plastik silindirdir. Düşük amper ile 5VDC giriş veriyorum. Şüphelendiğim 400KV çıktı ürettiğini iddia etmesi dışında çıktı için spesifikasyonları bulamadım. Bu jeneratör sürekli olarak, neon ampulün senkronize bir şekilde yanıp sönmesine neden olan aralıklı bir kıvılcım üretir.
(2) İkinci jeneratör, bir ZVS geri dönüş transformatörüdür ("12v-36V Sıfır Gerilim Anahtarlama (ZVS) Tesla Bobini Geri Dönüş Sürücü Devresi"). 10A'da 24VDC veriyorum. Bu jeneratör sürekli olarak, neon ampulün sürekli yanık kalmasına neden olan katı bir kıvılcım üretir. Bu jeneratörün özellikleri, "Yüksek voltaj doğru akım çıkışı, yaklaşık 1000 kat voltaj giriş voltajı" ürettiğini belirtir.
Bu doğruysa, DC kıvılcımının EM dalgaları yarattığı anlaşılıyor ki bu bana mantıklı gelmiyor. Neon ampul nasıl yanıyor?
Yanıtlar
Elektromanyetik radyasyonu analiz etmek için genellikle sinüs dalgalarının matematiğini ("AC") kullanırız ve bunun için iyi nedenler vardır. Bununla birlikte, benim nesil MIT fizik öğrencilerinin karşılaştığı yükün nasıl radyasyon ürettiğine ilişkin ilk tedavi farklıydı.
Hızlanmayan, izole bir yükü düşünün. Elektrik alan çizgileri basitçe ondan uzaklaşıyor. Şimdi, aniden bir tarafa hareket ettirin. Daha sonra, elektrik alan çizgileri hala aynı şekilde, ancak farklı bir yerden uzaklaşıyor. Maxwell denklemlerini kullanarak, alan çizgilerinin ilk konumdan çıktığı uzay ile ikinci konum arasındaki sınırın ışık hızında bir küre olarak genişleyeceğini göstermek zor değil. Sınırda, alan çizgileri bükülmüş. Bu genişleyen, sinüzoidal olmayan bir elektromanyetik dalgadır.
Kıvılcım aralığınız tam olarak bu değildir, ancak yakından ilişkilidir: bir grup yük aniden boşlukta hareket eder. Güç kaynağınızdan geri dönüş akımı bir komplikasyondur, ancak temel sonuç, sinüzoidal olmayan dürtüsel bir elektromanyetik dalga benzerdir.
Kıvılcım, sürekli bir yay olmadığı sürece, yoğunlukta dalgalanma gösterecektir. Bu, akım asla tersine dönmese bile bir AC bileşenine sahip olacağı anlamına gelir. Pratikte kıvılcımlar çok gürültülüdür ve geniş bir spektrumda frekanslar oluşturacaktır.
DC parçasının kendisi değildir. Yükselen kenar. Kıvılcım, aslında sonsuz sayıda sinüs dalgasından oluşan kare benzeri bir dalga formu yaratır. Bu, Fourier dönüşümü ile açıklanmaktadır. Kaç tane sinüs dalgasının bir kare oluşturabileceğini görmek için aşağıdaki resme bir göz atın.
"DC" kaynaklarınızdan hiçbiri boşluk boyunca sabit bir doğru akım üretmiyor. Sadece bir yönde akım üretebilirler, ancak sürekli devam eder.
Bunun nedeni, bir kıvılcım aralığının çok farklı dirençlere sahip iki duruma sahip olması ve bir "DC" kaynağını bir osilatöre çevirecek şekilde davranmasıdır:
- Kıvılcım olmadan elektrotlar arasındaki direnç son derece yüksektir . Esasen, elektrotlar arasındaki voltaj aralarındaki gazı iyonize edecek kadar yükselene kadar akım akmayacaktır.
- Gaz iyonize olduğunda (kıvılcım olarak görünür), elektrotlar arasında iletken bir yol oluşturur. Elektrotlar arasındaki direnç anında aşırı derecede azalır . Akım anında çok yükselir ve bu hızlı geçiş EM radyasyonu yayar.
- Bu kadar düşük bir dirençte kaynağınızın çok yüksek çıkış voltajını korumak inanılmaz miktarda güç gerektirir. O tür bir güce sahip değildir, bu yüzden ilk kıvılcımdan sonra, akım kısa süre sonra kıvılcımı sürdüremeyecek kadar düşük düşer ve söner. Genellikle kıvılcımın tahliye edeceği bir çıkış kondansatörü vardır.
- Şimdi (1) 'e geri döndük. Direnç yüksektir, akım akmaz, bu nedenle kıvılcım yeniden oluşana kadar voltaj yükselebilir.
"Yüksek güçlü" DC jeneratörünüzü kullandığınızda, kıvılcım sürekli görünebilir, ancak aslında çok hızlı bir şekilde açılıp kapanır.
Etki büyük olasılıkla (bence) bir elektrik alanından neon ampulün karşısındaki oyuktan kaynaklanıyor. Manyetik (endüktif) olabilir, ancak çok fazla metal olmadığı için neon ampulle bunun daha zor olacağını düşünüyorum.
Şunlardan biri olabilir:
- Bir kıvılcım
- HV kaynağından havaya tahliye (kapasitif kuplaj)
Bir kıvılcım basitçe elektronların momentidir, hareket eden elektronlar manyetik alanlar oluşturur. Alan hızla değişiyorsa, aksi takdirde radyo dalgaları olarak bilinen elektrik ve manyetik dalgaların salınımlarını yaratır.
Aralarında dolaşan elektrik alanlarıyla hava (ve herhangi bir metal yüzey) bir kapasitör gibi işlev görebilir.
Bobinler korumasızsa (manyetik alanlar) değişiklik bir HV kaynağından da gelebilir.