Поверхневий ефект

Устаткування: 1) генератор УВЧ, 2) котушка для демонстрації поверхневого ефекту, 3) трансформатор універсальний, 4) випрямляч ВУП-1, 5) дроти сполучні.

Струм високої частоти на відміну від постійного струму тече переважно по поверхні провідника. Це явище, що називається поверхневим ефектом, можна пояснити наступним чином. Допустимо, що змінний струм тече у багатожильному кабелі. Тоді кожна жила кабелю буде охоплена своїм змінним магнітним полем, яке частиною своїх силовых ліній охоплюватиме також і інші жили. На рис. 300 зображені шість периферійних і одна осьова жила кабелю. Магнітні поля кожної жили для. простоти зображені однією силовою лінією. З малюнка видно, що кожна периферійна жила охоплена тільки чотирма лініями, тоді як осьова жила охоплена усіма сімома силовими лініями. Звідси витікає, що э. д. с. самоіндукції, що виникає в провіднику, при змінному струмі в різних шарах дроту не однакова: в середині дроту вона має найбільшу величину і чинить значний індуктивний опір змінному струму. Поверхневий ефект стає помітним тільки при високих і ультрависоких частотах. Цим пояснюється використання для. цих струмів не суцільних, а трубчатих провідників і сріблення їх поверхонь.

Щоб демонстрація поверхневого ефекту була досить переконливою, потрібно не лише показати це явище в провіднику із струмом високої частоти, але і показати відсутність поверхневого ефекту в тому ж провіднику, якщо частота струму в нім мала. Це примушує вдатися до застосування спеціального приладу, дещо складнішого у виготовленні, ніж відомі прилади, що використовувалися раніше для цієї мети.

Необхідний для досліду прилад (рис. 301) є спіраллю з семи щільно укладених витків. Спіраль скручена з тонкої мідної трубки (з наручним діаметром 3 мм) з протягнутим крізь неї ізольованим дротом. Кінці оболонки отриманого таким чином коаксіального кабелю і кінці осьового дроту підведені до двох патронів з лампочками на 1 В і 0,075 А. Спіраль і патрони закріплені на плоскому дерев’яному каркасі з ручкою.

Спочатку спіраль надівають на сердечник універсального трансформатора в якості вторинної обмотки і, замкнувши сердечник ярмом, включають первинну обмотку в мережу змінного струму з частотою 50 гц (рис. 302). Учні бачать, що обидві лампочки горять з однаковим накалом. Це пояснюється тим, що внутрішній дріт і оболонка спіралі охоплюють один і той же змінний магнітний потік. Отже, індукційні струми, що виникають в них, однакові.

Потім вимикають по черзі то одну, то іншу лампочку і переконуються, що це не міняє накалу лампочки, що залишилася.

Знявши спіраль з сердечника, підносять її до коливального контуру діючого генератора УВЧ. При цьому загоряється тільки та лампочка, котра приєднана до кінців оболонки спіралі. Друга лампочка, сполучена з кінцями осьового дроту, не горить зовсім або накал ледве помітний, якщо піднести спіраль близько до контура генератора.

Якщо вимкнути першу лампочку, то яскраво спалахує друга. При цьому можна помітити, що вона горить яскравіше, ніж горіла перша лампочка. Це пояснюється тим, що в першому досліді слабкий струм осьового дроту індуктивно діяв на оболонку і дещо зменшував в ній величину струму; при вимкненні ж струму в оболонці її вплив на осьовий дріт повністю припиняється і струм в осьовому дроті досягає найбільшої величини.

Поиск по сайту: