Энергетический парадокс самоиндукции, через эксперимент к новой модели.

Согласно классическому представлению, ЭДС самоиндукции возникает в момент изменения тока в замкнутой электрической цепи, определяется током проводимости источника питания и описывается формулой E = -L · di/dt. Однако экспериментальные данные, полученные при резком разрыве индуктивной цепи, демонстрируют явления, которые невозможно объяснить в рамках этого упрощённого подхода.

В настоящем исследовании проверяется энергетический отклик системы, гальванически развязанной от земли. При таком подходе ток проводимости между землёй и схемой полностью отсутствует, поэтому классическая модель предсказывает невозможность заряда конденсатора. Однако эксперимент показывает обратное: подключение к реальной земле кардинально меняет энергетику процесса, в результате чего буферный конденсатор заряжается при нулевом токе потребления.



В эксперименте используется простой принцип: транзистор периодически разрывает цепь питания катушки L1, создавая импульс напряжения. Этот импульс подаётся на отдельную катушку L2.1, второй конец которой может оставаться свободным либо подключаться к реальной земле. Вторая обмотка L2.2 (на том же каркасе, что и L2.1) через диод заряжает конденсатор.


Элементы схемы:

• Источник питания: ODP6033 или аккумулятор 12 В. Оба варианта гальванически развязаны с реальной землёй.


• Ключ: Транзистор ci7n170sm с управляемой длительностью открытого состояния. Транзистор включён последовательно с катушкой L1 и разрывает цепь между L1 = 68.9 мкГн и минусом источника питания.


• Катушка L1: индуктивность 68.9 мкГн. Один её вывод подключён к плюсу источника, второй — к стоку транзистора.


• Трансформатор (воздушный сердечник):
  
  Первичная обмотка L2.1 (304.8 мкГн) одним концом подключена к точке разрыва (сток транзистора). Второй вывод L2.1 может находиться в двух состояниях: свободен (режим «без земли») либо подключён к реальному заземлению (режим «с землёй»).
  
  Вторичная обмотка L2.2 (844 мкГн) через диод Шоттки C4D20120D заряжает накопительный конденсатор ёмкостью 1 мкФ. Анод диода подключён к выводу L2.2, находящемуся со стороны заземления.
  

Важно: катушка L1 и трансформатор L2 физически разнесены в пространстве и не имеют магнитной связи. Единственная связь между ними — электрическое соединение через сток транзистора.


На фотографии представлен лабораторный стенд. При напряжении источника питания 42 В ток потребления равен нулю. При открытии транзистора ток в цепи идёт, но амперметр источника питания показывает ноль. Чтобы понять причину отсутствия тока потребления, между плюсом источника питания и индуктивностью L1 был включён шунт.



Схема подключения шунта. Шунт включён последовательно в цепь между плюсом источника питания и индуктивностью L1. Земля пробника осциллографа подключена к плюсу источника питания (опорная точка). Сигнальный щуп осциллографа подключён к стороне шунта, идущей к индуктивности L1. Такое подключение позволяет фиксировать падение напряжения на шунте, которое при открытом транзисторе имеет отрицательную полярность относительно плюса

Прямой ток (транзистор открыт). На осциллограмме (жёлтый луч — изменение тока, бордовый — напряжение на затворе транзистора) зафиксировано: когда транзистор открыт (высокий уровень на затворе), падение напряжения на шунте составляет U_sh(forward) = -56 мВ = -0.056 В. Знак «минус» указывает на то, что ток течёт от плюса источника через шунт, катушку L1, транзистор к минусу источника. Ток в открытом состоянии рассчитывается по закону Ома:

I_forward = |U_sh(forward)| / R_sh = 0.056 / 0.075 ≈ 0.75 А.

Длительность открытого состояния транзистора составляет t_on = 916 нс. Энергия, отобранная от источника за один импульс (при условии, что напряжение источника остаётся стабильным 12 В в течение всего времени открытого состояния):

E_taken = U_source * I_forward * t_on = 12 * 0.75 * 916e-9 ≈ 8.24e-6 Дж = 8.24 мкДж.

Обратный ток (транзистор закрыт). На второй осциллограмме детально показано, что после того как транзистор закрыт, возникает импульс тока длительностью 232 нс (116 нс * 2). В пике амплитуда изменения напряжения на шунте достигает 998 мВ. Данный импульс имеет положительную полярность, что указывает на то, что этот ток направлен к источнику питания, то есть возвращается в источник питания.

Расчёт обратного тока. Ток возврата в пике рассчитывается по тому же закону Ома, что и прямой ток, поскольку шунт остаётся тем же:

I_return_peak = U_sh(return) / R_sh = 0.998 / 0.075 ≈ 13.3 А.

Сравнение прямого и обратного токов. Амплитуда обратного тока (13.3 А) превышает амплитуду прямого тока (0.75 А) примерно в 17.7 раза. Это указывает на то, что процесс возврата энергии в источник носит не просто характер разряда индуктивности L1 (которая запасла энергию при токе 0.75 А), а связан с участием дополнительного источника энергии.

Об ошибочной интерпретации показаний амперметра. Амперметр источника питания может брать значение тока по модулю, ошибочно интерпретируя возврат энергии в источник как её потребление. В этом случае мощный обратный импульс тока (13.3 А) будет зарегистрирован встроенным амперметром как ток потребления, что полностью искажает реальную картину энергообмена и приводит к ложному выводу о высоком потреблении схемы от источника, тогда как на самом деле источник получает энергию обратно.

Что показывает ноль на амперметре. Таким образом, ноль на амперметре цифровых источников питания демонстрирует не ток потребления, а баланс между энергией, отданной источником в схему, и энергией, возвращённой из схемы обратно в источник. Показания встроенного амперметра в подобных экспериментах не следует интерпретировать как измерение мощности, потребляемой схемой от источника.



В видеоролике показана схема и её настройка в результате чего система восстанавливает энергию источника питания (баланс энергий равен нулю), но и заряжает конденсатор, сообщая ему значительную энергию из распределённой ёмкости системы «катушка — земля».

• Rutube.ru - видео
• Yotube.ru - видео
• Energy4All.ru - видео

В первой части видеоролика показано, что при отсутствии заземления заряд конденсатора 1 мкФ примерно равен 12 В, при этом ток потребления равен нулю.

После подключения заземления ток потребления на источнике питания вырос до 0.017 А. Это говорит о том, что баланс энергий нарушился и схема берёт энергии больше, чем возвращает. Заряд конденсатора при этом увеличился до 100 В.

Таким образом, факт подключения заземления формирует заряд конденсатора, при этом гальваническая связь по схеме полностью отсутствует.

Расчёт энергии конденсатора (режимы 12 В и 100 В):

В режиме «без земли» (U = 12 В): E_без_земли = 0.5 * 1e-6 * 12^2 = 0.5 * 1e-6 * 144 = 72e-6 Дж = 72 мкДж.

В режиме «с землёй» (U = 100 В): E_с_землёй = 0.5 * 1e-6 * 100^2 = 0.5 * 1e-6 * 10000 = 5000e-6 Дж = 5 мДж = 5000 мкДж.

Подключение к земле увеличивает энергию конденсатора почти в 70 раз при незначительном росте тока потребления (с 0 А до 0.017 А), что подтверждает участие дополнительного источника энергии — предположительно, распределённой ёмкости системы «катушка — земля».

Настройка баланса энергий. В следующей части видеоролика показано, что подбирается частота следования импульсов, при которой баланс энергий, переданной в схему и полученной обратно, восстанавливается и становится равным нулю, что демонстрирует амперметр на источнике питания.

Повышение напряжения. После этого напряжение на источнике питания поднимается до 42 В. Конденсатор заряжается до 306 В, баланс энергий при этом сохраняется, и ток потребления на источнике питания остаётся равным нулю.

Расчёт энергии конденсатора (режим 42 В / 306 В):

E_42_306 = 0.5 * 1e-6 * 306^2 = 0.5 * 1e-6 * 93636 = 46818e-6 Дж ≈ 46.8 мДж = 46800 мкДж.

Сравнение с режимом «без земли» (72 мкДж): E_42_306 / E_без_земли = 46800 / 72 ≈ 650 раз.

Таким образом, при напряжении источника 42 В и заземлении конденсатор запасает энергию в 650 раз большую, чем в режиме без земли при 12 В, при этом ток потребления остаётся равным нулю (баланс энергий восстановлен).



Мы получаем схему, которая не только восстанавливает энергию источника питания (баланс энергий равен нулю), но и заряжает конденсатор, сообщая ему значительную энергию за счёт распределённой ёмкости системы «катушка — земля».

amischuk гоняет реактивную энергию туда-сюда на огромной скорости (307 000 раз в секунду).
Фокус с приборами: Аамперметр слишком медленный, чтобы заметить эти рывки тока. Поэтому amischuk видит «ноль» на входе и думает, что энергия берется из ниоткуда.
Земля: Для amischuk заземление работает как насос, который помогает этой реактивной энергии перетекать в конденсатор, создавая иллюзию «прибавки».

Вывод: amischuk просто неправильно измерил то, что сам же и подал в схему.

neznaikapsv пишет:

amischuk гоняет реактивную энергию туда-сюда на огромной скорости (307 000 раз в секунду).
Фокус с приборами: Аамперметр слишком медленный, чтобы заметить эти рывки тока. Поэтому amischuk видит «ноль» на входе и думает, что энергия берется из ниоткуда.
Земля: Для amischuk заземление работает как насос, который помогает этой реактивной энергии перетекать в конденсатор, создавая иллюзию «прибавки».

Вывод: amischuk просто неправильно измерил то, что сам же и подал в схему.

да пусть занимается , хоть чтото на форуме происходит , другие вообще не эксят , ждут

neznaikapsv пишет:

amischuk гоняет реактивную энергию туда-сюда на огромной скорости (307 000 раз в секунду).
Фокус с приборами: Аамперметр слишком медленный, чтобы заметить эти рывки тока. Поэтому amischuk видит «ноль» на входе и думает, что энергия берется из ниоткуда.
Земля: Для amischuk заземление работает как насос, который помогает этой реактивной энергии перетекать в конденсатор, создавая иллюзию «прибавки».

Вывод: amischuk просто неправильно измерил то, что сам же и подал в схему.

Вы выдвигаете три тезиса. Давайте разберём их по порядку, опираясь не на предположения, а на осциллографические измерения.

1. «amischuk гоняет реактивную энергию туда-сюда»

Да, реактивная энергия циркулирует. Но в классической цепи реактивная энергия не совершает работы по заряду конденсатора через диод. У нас же конденсатор C1 заряжается до 306 В, запасая 46.8 мДж. Это уже активная энергия в конечном счёте. Если бы энергия была только реактивной, диод не заряжал бы конденсатор.

2. «Амперметр слишком медленный, поэтому показывает ноль»

Я поставил токовый шунт и осциллограф. И вот что мы увидели: прямой ток от источника — 0.75 А, обратный ток (возврат в источник) — 13.3 А. То есть источник не только отдаёт энергию, но и получает её обратно с избытком. Если бы источник просто «гонял реактивную энергию», прямой и обратный токи были бы равны по модулю. У нас они различаются в 17.7 раза. Амперметр показывает ноль именно потому, что возврат превышает либо равен отдаче. Это не «иллюзия прибавки», а прямое измерение.

Амперметр показывает средний интегральный ток за период времени, и это идеальный вариант, чтобы настроить систему на равный баланс энергий, что и демонстрируется в видеоролике.

3. «Земля работает как насос, создавая иллюзию прибавки»

Земля действительно является ключевым элементом — через неё замыкается распределённая ёмкость L2.1. Но при чём здесь иллюзия? Энергия, запасённая в конденсаторе, измерена вольтметром и рассчитана по формуле E = 0.5 * C * U^2. Это физическая реальность, а не иллюзия. Вопрос в том, откуда берётся эта энергия, если источник питания её не отдаёт (более того — получает обратно). Это и есть предмет исследования, который не укладывается в рамки классической модели.

Вывод:

«Неправильно измерил то, что сам подал» — я привёл осциллограммы прямого и обратного тока, которые показывают: источник не только отдаёт энергию, но и получает её обратно. Именно это расхождение (0.75 А туда, 13.3 А обратно) и есть суть явления.

Буду рад увидеть ваши осциллограммы и пояснения к ним, чтобы сравнить результаты.

С уважением, автор.

лажа. если тут появится чёто лишнее оно пойдёт суда и заткнёт транзистор

вот тоже самое продают. на феррит намотал одну катушку и снимай

Юрий М пишет:

ВНИМАНИЕ: Спойлер! [ Нажмите, чтобы развернуть ] [ Нажмите, чтобы скрыть ]

лажа. если тут появится чёто лишнее оно пойдёт суда и заткнёт транзистор

вот тоже самое продают. на феррит намотал одну катушку и снимай

Юрий, не надо путать божий дар с яичницей

amischuk пишет:

Заряд конденсатора ЭДС самоиндукции при нулевом токе потребления.

Теория и видео практика построения СЕ устройств.

Согласно классическому представлению, ЭДС самоиндукции возникает в момент изменения тока в замкнутой электрической цепи, определяется током проводимости источника питания и описывается формулой E = -L · di/dt. Однако экспериментальные данные, полученные при резком разрыве индуктивной цепи, демонстрируют явления, которые невозможно объяснить в рамках этого упрощённого подхода.

В настоящем исследовании проверяется энергетический отклик системы, гальванически развязанной от земли. При таком подходе ток проводимости между землёй и схемой полностью отсутствует, поэтому классическая модель предсказывает невозможность заряда конденсатора. Однако эксперимент показывает обратное: подключение к реальной земле кардинально меняет энергетику процесса, в результате чего буферный конденсатор заряжается при нулевом токе потребления.

Схема эксперимента..

В эксперименте используется простой принцип: транзистор периодически разрывает цепь питания катушки L1, создавая импульс напряжения. Этот импульс подаётся на отдельную катушку L2.1, второй конец которой может оставаться свободным либо подключаться к реальной земле. Вторая обмотка L2.2 (на том же каркасе, что и L2.1) через диод заряжает конденсатор.

Элементы схемы:

• Источник питания: ODP6033 или аккумулятор 12 В. Оба варианта гальванически развязаны с реальной землёй.


• Ключ: Транзистор ci7n170sm с управляемой длительностью открытого состояния. Транзистор включён последовательно с катушкой L1 и разрывает цепь между L1 = 68.9 мкГн и минусом источника питания.


• Катушка L1: индуктивность 68.9 мкГн. Один её вывод подключён к плюсу источника, второй — к стоку транзистора.


• Трансформатор (воздушный сердечник):
  
  Первичная обмотка L2.1 (304.8 мкГн) одним концом подключена к точке разрыва (сток транзистора). Второй вывод L2.1 может находиться в двух состояниях: свободен (режим «без земли») либо подключён к реальному заземлению (режим «с землёй»).
  
  Вторичная обмотка L2.2 (844 мкГн) через диод Шоттки C4D20120D заряжает накопительный конденсатор ёмкостью 1 мкФ. Анод диода подключён к выводу L2.2, находящемуся со стороны заземления.
  

Важно: катушка L1 и трансформатор L2 физически разнесены в пространстве и не имеют магнитной связи. Единственная связь между ними — электрическое соединение через сток транзистора.

Измерение тока в цепи источника с помощью токового шунта.

На фотографии представлен лабораторный стенд. При напряжении источника питания 42 В ток потребления равен нулю. При открытии транзистора ток в цепи идёт, но амперметр источника питания показывает ноль. Чтобы понять причину отсутствия тока потребления, между плюсом источника питания и индуктивностью L1 был включён шунт.

Схема подключения шунта. Шунт включён последовательно в цепь между плюсом источника питания и индуктивностью L1. Земля пробника осциллографа подключена к плюсу источника питания (опорная точка). Сигнальный щуп осциллографа подключён к стороне шунта, идущей к индуктивности L1. Такое подключение позволяет фиксировать падение напряжения на шунте, которое при открытом транзисторе имеет отрицательную полярность относительно плюса

Прямой ток (транзистор открыт). На осциллограмме (жёлтый луч — изменение тока, бордовый — напряжение на затворе транзистора) зафиксировано: когда транзистор открыт (высокий уровень на затворе), падение напряжения на шунте составляет U_sh(forward) = -56 мВ = -0.056 В. Знак «минус» указывает на то, что ток течёт от плюса источника через шунт, катушку L1, транзистор к минусу источника. Ток в открытом состоянии рассчитывается по закону Ома:

I_forward = |U_sh(forward)| / R_sh = 0.056 / 0.075 ≈ 0.75 А.

Длительность открытого состояния транзистора составляет t_on = 916 нс. Энергия, отобранная от источника за один импульс (при условии, что напряжение источника остаётся стабильным 12 В в течение всего времени открытого состояния):

E_taken = U_source * I_forward * t_on = 12 * 0.75 * 916e-9 ≈ 8.24e-6 Дж = 8.24 мкДж.

Обратный ток (транзистор закрыт). На второй осциллограмме детально показано, что после того как транзистор закрыт, возникает импульс тока длительностью 232 нс (116 нс * 2). В пике амплитуда изменения напряжения на шунте достигает 998 мВ. Данный импульс имеет положительную полярность, что указывает на то, что этот ток направлен к источнику питания, то есть возвращается в источник питания.

Расчёт обратного тока. Ток возврата в пике рассчитывается по тому же закону Ома, что и прямой ток, поскольку шунт остаётся тем же:

I_return_peak = U_sh(return) / R_sh = 0.998 / 0.075 ≈ 13.3 А.

Сравнение прямого и обратного токов. Амплитуда обратного тока (13.3 А) превышает амплитуду прямого тока (0.75 А) примерно в 17.7 раза. Это указывает на то, что процесс возврата энергии в источник носит не просто характер разряда индуктивности L1 (которая запасла энергию при токе 0.75 А), а связан с участием дополнительного источника энергии.

Об ошибочной интерпретации показаний амперметра. Амперметр источника питания может брать значение тока по модулю, ошибочно интерпретируя возврат энергии в источник как её потребление. В этом случае мощный обратный импульс тока (13.3 А) будет зарегистрирован встроенным амперметром как ток потребления, что полностью искажает реальную картину энергообмена и приводит к ложному выводу о высоком потреблении схемы от источника, тогда как на самом деле источник получает энергию обратно.

Что показывает ноль на амперметре. Таким образом, ноль на амперметре цифровых источников питания демонстрирует не ток потребления, а баланс между энергией, отданной источником в схему, и энергией, возвращённой из схемы обратно в источник. Показания встроенного амперметра в подобных экспериментах не следует интерпретировать как измерение мощности, потребляемой схемой от источника.

Влияние земли на заряд конденсатора.

В видеоролике показана схема и её настройка в результате чего система восстанавливает энергию источника питания (баланс энергий равен нулю), но и заряжает конденсатор, сообщая ему значительную энергию из распределённой ёмкости системы «катушка — земля».

• Rutube.ru - видео
• Yotube.ru - видео
• Energy4All.ru - видео

В первой части видеоролика показано, что при отсутствии заземления заряд конденсатора 1 мкФ примерно равен 12 В, при этом ток потребления равен нулю.

После подключения заземления ток потребления на источнике питания вырос до 0.017 А. Это говорит о том, что баланс энергий нарушился и схема берёт энергии больше, чем возвращает. Заряд конденсатора при этом увеличился до 100 В.

Таким образом, факт подключения заземления формирует заряд конденсатора, при этом гальваническая связь по схеме полностью отсутствует.

Расчёт энергии конденсатора (режимы 12 В и 100 В):

В режиме «без земли» (U = 12 В): E_без_земли = 0.5 * 1e-6 * 12^2 = 0.5 * 1e-6 * 144 = 72e-6 Дж = 72 мкДж.

В режиме «с землёй» (U = 100 В): E_с_землёй = 0.5 * 1e-6 * 100^2 = 0.5 * 1e-6 * 10000 = 5000e-6 Дж = 5 мДж = 5000 мкДж.

Подключение к земле увеличивает энергию конденсатора почти в 70 раз при незначительном росте тока потребления (с 0 А до 0.017 А), что подтверждает участие дополнительного источника энергии — предположительно, распределённой ёмкости системы «катушка — земля».

Настройка баланса энергий. В следующей части видеоролика показано, что подбирается частота следования импульсов, при которой баланс энергий, переданной в схему и полученной обратно, восстанавливается и становится равным нулю, что демонстрирует амперметр на источнике питания.

Повышение напряжения. После этого напряжение на источнике питания поднимается до 42 В. Конденсатор заряжается до 306 В, баланс энергий при этом сохраняется, и ток потребления на источнике питания остаётся равным нулю.

Расчёт энергии конденсатора (режим 42 В / 306 В):

E_42_306 = 0.5 * 1e-6 * 306^2 = 0.5 * 1e-6 * 93636 = 46818e-6 Дж ≈ 46.8 мДж = 46800 мкДж.

Сравнение с режимом «без земли» (72 мкДж): E_42_306 / E_без_земли = 46800 / 72 ≈ 650 раз.

Таким образом, при напряжении источника 42 В и заземлении конденсатор запасает энергию в 650 раз большую, чем в режиме без земли при 12 В, при этом ток потребления остаётся равным нулю (баланс энергий восстановлен).

Вывод.

Мы получаем схему, которая не только восстанавливает энергию источника питания (баланс энергий равен нулю), но и заряжает конденсатор, сообщая ему значительную энергию за счёт распределённой ёмкости системы «катушка — земля».

В транзисторе стоит диод, который после закрывания транзистора способствует возврату тока в источник.
Нужно для исключения этого установить диод в цепь непосредственно после источника питания, что бы отсечь ток в источник.
Для полного контроля тока от источника надо (желательно) и добавлять еще и аналоговый прибор (стрелочный).

pav пишет:

Для полного контроля тока от источника надо (желательно) и добавлять еще и аналоговый прибор (стрелочный).

правильно балалайку надо добавить

pav пишет:

В транзисторе стоит диод, который после закрывания транзистора способствует возврату тока в источник.
Нужно для исключения этого установить диод в цепь непосредственно после источника питания, чтобы отсечь ток в источник.
Для полного контроля тока от источника надо (желательно) и добавлять еще и аналоговый прибор (стрелочный).

В полевом транзисторе действительно есть встроенный обратный диод (body diode). В ранних работах демонстрировались осциллограммы с контактным реле. В отличие от случая с транзистором, в цепи с реле отклик среды представляет собой затухающие гармонические колебания. Это различие полностью объясняется отсутствием в цепи реле шунтирующего обратного диода транзистора. Данный диод в полупроводниковой схеме «срезает» одну полярность возникающих колебаний, превращая их в однополярный выброс, что мы и наблюдаем на осциллограммах.

Но здесь важно понять, что сам по себе диод не создаёт энергию — он лишь пропускает ток, который уже есть в системе. Вопрос в том, откуда берётся этот обратный ток амплитудой 13.3 А, если прямой ток от источника составлял всего 0.75 А? Если бы вся энергия бралась только от источника, обратный ток не мог бы превышать прямой. А он превышает в 17.7 раза. И это только ток, напряжение, как известно, может достигать сотен вольт.

Что касается диода после источника питания. Такой эксперимент был проведён. Но тогда схема перестаёт восстанавливать энергию источника (баланс нарушается), и потребление от источника вырастает. Это ещё больше утвердило меня во мнении, что возврат энергии в источник — необходимое условие работы схемы, как и необходимость в отсутствии диода после источника питания.

Аналоговый (стрелочный) амперметр обладает инерцией и не усредняет по сложному алгоритму, как цифровой, но я придерживаюсь мнения, что лабораторный источник питания ODP6033 обладает достаточной квалификацией и точностью, чтобы определить, какой ток потребляет схема за период времени. Тем более что от него требуется лишь фиксировать нулевой ток потребления, что соответствует равенству энергий, переданной в схему и вернувшейся в источник питания. Также лабораторный источник поддерживает команды удалённого управления SCPI, что позволит в дальнейшем собирать статистику и на основе её анализа организовать более точное управление ключами.

Спасибо за комментарий.

С уважением, автор.

Генерация электроэнергии