NOTA BENE:
E’ estremamente rischioso agli hobbisti manipolare le alte tensioni, quindi non provate (se non avete studi specifici) a eseguire o utilizzare macchine che generano alta tensione perché la concomitanza di eventuali alte correnti può anche generare la morte di chi interferisce con tali campi.
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Oggi è il 21 giugno 2019, ore 12.48
in questa pagina vorrei lasciare i miei appunti su uno studio che mi sta impegnando: lo studio dell’ALTA_TENSIONE.
E’ un argomento poco trattato anche a livello universitario della laurea (la mia) in ingegneria elettronica .. e più specifico di studi -sempre dell’ingegneria- della gestione delle centrali elettriche che distribuiscono la elettricità in alta_tensione.
Va anzitutto detto che è utile portarsi a condizioni di alta_tensione nel produrre elettricità perché la energia elettrica tende a perdersi a bassa tensione se è immagazzinata o trasportata con la caratteristica di bassa_tensione.
Ma la ragione del mio interesse non è per questioni storiche di ottimizzazione della produzione e trasporto della energia, bensì per lo studio delle caratteristiche a livello sub atomico degli elettroni, tipico della cosiddetta “microelettronica” ma che investe anche i “perché” oggi il modello delle particelle elementari come protoni, elettroni, etc ha una descrizione matematica che spesso non consente di spiegare il comportamento _fisico_ della materia.
Non posso spiegare -ora- il mio TARGET che espliciterò solo se la mia sperimentazione desse esisto positivo, e dopo brevettazione dei risultati teoretici confermati -forse- dalla sperimentazione.
Per ora posso dire che -se la mia teoria risultasse vera e validata dalla sperimentazione- cambierà l’attuale modello delle particelle sub_atomiche detto “modello standard”(*1).
(*1)
Modifica al testo del 7-9-2019, ore 10.39: (le modifiche, nel seguito, in colore celeste)
- In merito al successo di questa sperimentazione: La sperimentazione sia matematica e sia degli esperimenti fisici ha avuto successo definitivo il 3 settembre 2019.
- In merito alla brevettazione: “rinuncio al brevetto di ciò che ho trovato”, poiché (come già fece Galileo Ferraris per il motore trifase e il campo magnetico su cui si basa), ritengo che ciò che ho trovato non è una mia invenzione ma una modalità con cui agisce la materia e patrimonio di tutti.
- In merito ai problemi di sicurezza: Madam Curie https://it.wikipedia.org/wiki/Marie_Curie non conosceva i problemi di salute che per il corpo umano che si incorrono esponendosi alle radiazioni in particolare gamma .. ma oggi .. nel 2019 .. tali problemi sono noti e significa che chi è investito da radiazioni può morire. Quindi i miei esperimenti non vanno ripetuti da personale che agisce per hobby e senza schermare i processi.
- Comunque non tutta la sperimentazione sarà esposta (in particolare quella della foto seguente come dettagli tecnici) per tutelare la salute degli apprendisti. Del resto -nella fisica- ad esempio “come produrre antimateria” è cosa nota, ma di difficile realizzazione. Da cui ometterò la parte della sperimentazione con cui ho prodotto antimateria a basso costo (sostanzialmente sotto i mille euro).
- Le modifiche al testo seguente: (le modifiche, nel seguito, in colore celeste)
- Il modo di come varia il modello standard: le particelle subatomiche non sono solo materia o energia(ciò dice il modello standard), ma (nel mio modello) un mix delle 2 forme e con proporzioni diverse -alla misurabilità- poiché la aliquota sotto forma massiva e la aliquota sotto forma radiativa dipende -come già avevo trovato per via teorica dalle formule seguenti:
- La innovazione di modello è ULTERIORMENTE -in particolare- il comportamento dello spin: nel mondo macro lo spin ha tre informazioni, ma 2 -ufficialmente- nella MQ (meccanica quantistica).
- Viceversa -dopo i miei studi- posso dire che anche nella MQ lo spin ha 3 informazioni: (1) direzione del vettore di spin, (2) verso di rotazione dello spin (rappresentato dall’indicazione del verso della freccia -la punta da che parte va- sul vettore di spin), (3) intensità del vettore di spin: indicata dalla lunghezza del vettore su opportuna scala dei vettori unitari, detti versori. Per capire visivamente: il nostro pianeta ha una rotazione: l’asse della Terra indica approssimativamente (perché elettricamente i fenomeni magneto elettrici sono alterati dalla fluido dinamica dei campi elettrici del nucleo della Terra) .. indica approssimativamente -dicevo- la “direzione” del vettore di spin della Terra. Il verso di rotazione della Terra deve essere preso rispetto ad una sfera maggiore: nel mio caso io prendo la sfera che è il nostro universo bolla, U1, e poiché il nostro universo ha un verso di rotazione, si può formulare se lo spin dell’ente, sia esso la Terra, oppure un singolo elettrone, è lo stesso di U1, oppure no. La mia ricerca ha portato che il verso dello spin negli elettroni è concorde ad U1, e quello degli anti_elettroni è discorde. Ciò si può indicare -ribadisco- con verso alla linea della freccia sul vettore di direzione dello spin. Quindi anche se un elettrone ha lo spin -incidentalmente- verso il basso anziché verso l’alto .. per causa -ad esempio- delle collisioni in un conduttore con altri elettroni, il vettore di spin -di un elettrone- punterà verso sia l’alto oppure in basso, ma se mettessimo (lasciando l’elettrone libero di assumere un “equilibrio di quiete” = a non essere sottoposto a forze locali) con la stessa inclinazione tridimensionale del vettore di spin in parallelo con U1 .. vedremmo che le due sfere ruotano nello stesso verso quando guardiamo un elettrone ed U1, però in ipotesi -come già accennato- che un elettrone sia “libero”(“equilibrio di quiete”): non sottoposto a forze locali esterne, come la collisione con altri elettroni. Tutto ciò è studiato nella spin-tronica, ovvero il fatto che alcuni elettroni possono avere spin che sembra opposto (poiché la freccia del vettore di spin è non concorde con U1, ma ciò è per causa delle collisioni e non della natura di un elettrone che non subisse collisioni) La orientazione incidentale dello spin, si trova in spin-tronica su elettroni, mostra che la deflessione delle cariche non è sempre univoca, proprio perché lo spin della piccola trottola che è l’elettrone può essere anche una “trottola capovolta” e quindi interagisce in modo diverso ad un campo magnetico. La terza informazione del vettore di spin è la intensità: e tale informazione -per esempio- può essere associata alla velocità tangenziale che misurerebbe in quanto tempo una circonferenza, 2.pi.r, è compita da una rotazione e cioé v=2.pi.r/T. Dai miei calcoli v(di U1) = c, e nel caso di un elettrone v(di elettr)=c/2. Quindi quando si urtano un elettrone ed un antielettrone l’urto è additivo e di due elettroni (di cui uno è un antielettrone) si trasformano in 2 fotoni (di cui un fotone è un anti_fotone poiché intendo con anti_fotone la polarizzazione entangled).
- Perché la sperimentazione attuale -dopo il 3 settembre 2019- dimostra la mia teoria dello spin MQM (meta quantum mechanics) .. e dunque che quelle attuali NON erano solo congetture di modello matematico? Perché un fascio laser -però molto potente come non ce ne sono in commercio- oppure un flusso di elettroni, ma ad alta velocità colpendo ad esempio una lamina d’oro stacca elettroni sull’ultimo livello della lamina d’oro (o una configurazione a cilindro su alcuni articoli pubblicati nella produzione di antimateria) e questi elettroni in prevalenza sono con spin ordinario (concorde ad U1). Ma se la collisione è molto forte l’urto tra due spere non impone solo una rotazione oraria rispetto ad una trottola su un piano, ma anche una rotazione antioraria (rilevabile per emissione di raggi gamma durante la scarica di elettroni), a secondo del fatto di quale parte della semisfera è colpita. Da ciò il mio modo innovativo di produrre poca antimateria non per uso di un laser, ma per uno di una macchina di Van de Graaff: perché la produzione di antimateria come sono gli anti_elettroni dipende dall’imporre un verso di rotazione alla sfera che è fenomenologicamente all’esterno un elettrone.
- Il dispositivo utilizzato che mostra anche un contatore geiger di fabbricazione a disposizione dell’esercito tedesco finché non furono sostituiti con quelli digitali: x@
- Infine -vedremo- che la attuale ricerca spiega la forma estesa “detta duale” (o per alcuni) oppure detta forma della equazioni di Maxwell nella ipotesi che esistano i monopoli magnetici. Ma vedremo che i monopoli magnetici non possono esistere poiché il magnetismo è conseguente alla circolazione di una corrente di elettroni (una “corrente di elettroni”: è anche un singolo elettrone attorno ad un protone, nel nostro modello). E quindi nel magnetismo della materia gli elettroni formano una corrente elettrica intorno ad un atomo. Tale situazione non può essere assimilata ad una carica positiva o negativa dipendente da un punto: come è nel modello di un elettrone puntiforme o di un protone puntiforme. Se lo facessimo di portarci ad un modello puntiforme, staremmo trascurando il perché alcuni enti -come una calamita- inducono un magnetismo positivo o negativo su altre calamite anche se le due calamite sono ferme. E cioé le calamite si dispongono su un asse con la successione nord/sud & ancora nord/sud .. ma NON nord/sud & sud/nord. Dunque il magnetismo è una conseguenza del moto di cariche e non un archetipo originato da un monopolo magnetico. Il recente articolo di Le scienze che afferma che “vicino allo zero assoluto sarebbe stato possibile disporre di monopoli magnetici” è dunque erroneo. http://www.lescienze.it/news/2014/01/30/news/monopolo_magnetico_dirac_conferma_sperimentale-1989090/ Infatti la temperatura può indurre fenomeni di simmetria atomica e sulle correnti associate a ogni singolo atomo. Ma sempre di correnti su un volume esteso stiamo parlando .. e non come caratteristica puntiforme di un elettrone o di un protone. Per la esposizione di dettaglio si rinvia alla lettura dell’articolo attuale .. nella “redazione successiva al 3 settembre 2019”. Ora lascio -qui di seguito- i miei appunti “storici” per come si sono sviluppati nella ricerca, sempre nella convenzione che “se il colore è celeste” -allora- si riferiscono agli aggiornamenti della data successiva al 3 settembre 2019.
Quindi lascio memoria in questa pagina del cronologico dei risultati step by step di cosa ho finora sperimentato (poiché la sperimentazione sarà tuttaltro che banale).
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Oggi le particelle sub_atomiche sono testate negli acceleratori di particelle.
Tuttavia non sono risorse a cui tutti possono accedere. Ed in particolare i laser di potenza -secondo me- non sono il solo metodo di potere agire (come già si opera) per generare varie famiglie di particelle.
Quali sarebbero i metodi alternativi?
Disporre di elettroni -in quantità di flusso non banale e a velocità media non caotica- altrimenti basterebbe la normale elettricità con cui diamo energia ad una radio o ad un frigorifero.
Il fenomeno naturale in cui si manifestano queste caratteristiche di coerenza “direzionale” sono le scariche elettriche con i fulmini, che quindi avvengono per una differenza di potenziale altissima, quindi “ALTA_TENSIONE”.
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Il primo che prese ispirazione di costruire una macchina che emulasse i fulmini fu Van de Graaff:
https://it.wikipedia.org/wiki/Generatore_di_Van_de_Graaff
L’idea è quella di generare le cariche elettriche (in particolare gli elettroni) per strofinamento (tra il rullo e il nastro se questi hanno caratteristiche “opportune” dette di tribo-elettricità) e generate le cariche sul nastro isolante (perché non vadano perse le cariche) .. operare al trasporto delle cariche verso la “cupola” metallica su cui depositarle.
Vi sono sul web molti esperimenti di come costruire una macchina di Van de Graaff secondo il metodo della tribo-elettricità, ma vi è un secondo metodo: quello proposto dal fisico Daniele Sette nel volume 3 di “Lezioni di Fisica” che era uno dei miei testi di fisica all’università. Si dice a pagina 172 (e seguenti) che il flusso alla base della macchina di Van de Graaff può essere innescato grazie al fatto che il materiale isolante del nastro possa avere una struttura reticolare che consenta il flusso tra 2 elettrodi.
Se applichiamo una ddp (differenza di potenziale) tra questi 2 elettrodi una parte del flusso di elettroni non sarà intercettato verso massa, ma andrà sul nastro e quindi sarà trasportato verso la “cupola di Van de Graaff”.
Nei miei primi esperimenti ho potuto verificare -implementando ciò- che la cupola si carica di elettroni, ma la differenza di potenziale verso massa è molto scarsa se applico una differenza di potenziale dell’ordine di 300 volt DC. Esattamente il valore della V(cupola_vs_massa)=circa 0.5 volt.
Tipicamente una scarica elettrica, invece, avviene con 20 Kvolt sulla cupola alla distanza di circa 1 centimetro tra cupola ed elettrodo di massa, ed -inoltre- in dipendenza delle caratteristiche del “mezzo” che, essendo aria, variano a secondo dei gas presenti della umidità etc.
Come verificare -allora- quale debba essere la ddp alla base di una macchina di Van de Graaff tale che si possano ottenere 20kVolt in tempo breve (pochi minuti)?
Paradossalmente mi serve un modo alternativo di almeno portarmi a una tensione inferiore a 20kVolt, ma sufficiente a innescare un flusso “significativo”.
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La rassegna dei metodi?
- con circuiti detti moltiplicatori di tensione:
ad esempio: https://www.lucianomarroccu.com/un-p%C3%B2-di-teoria/moltiplicatore-di-tensione/ - con trasformatori da bassa ad alta (o meglio media) tensione
ad esempio: https://www.instructables.com/id/ZVS-Driver/ - con macchine di tesla: https://it.wikipedia.org/wiki/Bobina_di_Tesla
- etc.
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NOTA BENE:
E’ estremamente rischioso agli hobbisti manipolare le alte tensioni, quindi non provate (se non avete studi specifici) a eseguire o utilizzare macchine che generano alta tensione perché la concomitanza di eventuali alte correnti può anche generare la morte di chi interferisce con tali campi.
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Esaminiamo il metodo con i moltiplicatori di tensione?
https://www.lucianomarroccu.com/un-pò-di-teoria/moltiplicatore-di-tensione/
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Come si può vedere (dal link qui sopra x il metodo “moltiplicatori”) ..
si hanno vari problemi:
- le tensioni raggiungibili sono basse se non si usano condensatori speciali
- le tensioni sono regolabili tramite le caratteristiche della tensione in ingresso, ma le caratteristiche di corrente sono alte sia ingresso che in uscita e ciò limita la scelta sui condensatori.
Viceversa se utilizzassimo un trasformatore poiché avremmo
https://it.wikipedia.org/wiki/Trasformatore
V2=(n2/n1)V1; scelto n2=10, n2=1000 avremmo: V2=100 V1
e quindi una amplificazione in tensione di 100
Inoltre poiché la corrente vede:
I2=(n1/n2)I1; scelto n2=10, n2=1000 avremo: I2=(1/100)I1
e quindi una corrente molto bassa in uscita sebbene la tensione sia molto alta.
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Perché utilizzare un circuito oscillante che pilota un trasformatore?
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La versione più semplice è detta convertitore_flyback:
https://it.wikipedia.org/wiki/Convertitore_Flyback
In questo caso si utilizza il concetto che il trasformatore non è sottoposto a stress pur cercando di mantenere la tensione di uscita costante, se il controllo non avviene secondo un ciclo continuo, ma grazie a un timing che è gestito con un oscillatore.
Tuttavia il lato debole è proprio che il circuito si prefigge principalmente stabilità in tensione e tende a diminuire le caratteristiche di stabilità della tensione quando la corrente cresce
Da ciò vi sono altre versioni:
https://it.wikipedia.org/wiki/Trasformatore_flyback
.. in cui .. con correnti -in vero- molto basse la tensione è da 15kv vs 50kv
ciò assume proprio le caratteristiche di un flusso di elettroni ad esempio utilizzabile per un oscilloscopio, sebbene -in questo caso- il tubo catodico storicamente utilizzato era in ambiente limitato e controllato come una valvola (detta tubo catodico).
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Esistono molte varianti -come il flyback di Mazilli- che abbiamo già citato e di cui ripeto il link:
https://www.instructables.com/id/ZVS-Driver/
Anche qui si può apprezzare il tentativo di non fare surriscaldare il trasformatore proponendo avvolgimenti multipli e utilizzando un pilotaggio tramite un circuito oscillante.
Forse avrei scelto di realizzare tale circuito, in ultimo mostrato, se non avessi trovato per la irrisoria cifra di 2,79 euro su ebay un piccolo trasformatore con pochi componenti (un resitore, un diodo, un transistor) che fa quanto a me serve per completare la macchina di Van de Graaff!
Ecco il link:
https://www.ebay.it/itm/15KV-3-7V-High-Voltage-Inverter-Generator-Spark-Arc-Ignition-Coil-Module-DIY-Kit/352416265928
foto link
Quale è il suo schema elettrico?
foto link
Quindi esiste ugualmente un trasformatore multipolare perché deve essere oscillante
e un interruttore pilotato per garantire la oscillazione, (dove l’interruttore è il transistor), opportunamente polarizzato da un resistore dalla alimentazione & un on/off (grazie anche ad un diodo).
lo schema del trasformatore:
Altre informazioni:
https://www.ebay.it/itm/15KV-3-7V-High-Voltage-Inverter-Generator-Spark-Arc-Ignition-Coil-Module-DIY-Kit/352416265928
Come si vede dai video (associati a quanto appena esposto) l’arco di elettroni è notevole e la tensione pure.
Ma si raggiunge ciò con una tensione di ingresso (data da una batteria elettrica) di max 12 volt che però può danneggiare il circuito e quindi si consiglia si stare sui 3.7 volt:
“DC 3.7V-4.2V (limit 12v)”
In realtà a noi basterà una tensione ancora più bassa poiché -purché esista un flusso di elettroni- misureremo se il nastro della macchina di Van de Graaff, alla base, è efficiente a portare cariche verso la “cupola”.
Ho ordinato questo dispositivo (ieri: 19 giugno 2019) .. che dovrebbe essermi recapitato dal 25 giugno al 2 luglio (pagando un sovrapprezzo sull’invio gratis che però sarebbe arrivato -se gratis- ad agosto 2019).
Nelle prossime “puntate” terrò il diario di questa sperimentazione ..
stop ore 14.48 del 21 giugno 2019
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E’ inoltre eccezionale, che se si esegue una ricerca sul web si può avere -in scatola di montaggio- una macchina di tesla a bassissimo costo:
Eccone un esempio (che anche questa l’ho ordinata a 37,60 euro) al link seguente:
https://www.ebay.it/itm/Mini-Tesla-Coil-Plasma-Electronic-DIY-Kits-35-60W-Wireless-Transmission-Lighting/333206525255
Purtroppo sarà da montare le parti e ciò richiederà competenza e cercare di non arrecare danno a se stessi ed altri. Si ricorda che sono macchine potenzialmente pericolose per la erogazione di alta tensione.
stop 21 giugno 2019, ore 16.20
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start 22 giugno 2019, ore 13.29
potevamo non acquistare anche la macchina di Van de Graff basata sul metodo tribo-elettrico?
Eccola:
l’acquisto l’ho completato ieri, 21 giugno 2019 grazie al portale alibaba.com
Altre descrizioni di questo tipo di macchina li trovate al link seguente:
https://www.alibaba.com/product-detail/Gelsonlab-HSPE-001-van-de-Graaff_62103727356.html
La mia esperienza su ebay per fare acquisti analoghi è -in sincerità- stata a favore di ebay, ma -purtroppo- ebay non ha una vasta scelta e il rapporto qualità/prezzo che ho trovato sul sito di alibaba mi ha fatto scegliere per Van de Graff -> alibaba.
Va però precisato che le spese di viaggio -con alibaba- sono notevoli, poiché se la macchina di van de Graaff costa circa 110 dollari (molto meno che su ebay) mi è stata chiesta circa la stessa cifra (141 dollari) per il trasporto dalla Cina all’Italia.
In compenso le commissioni (con alibaba) -se si usa una carta di credito visa- sono solo 6 euro, mentre paypal nell’ultimo acquisto su oggetto di circa 300 euro (oscilloscopio Tektronix) mi ha addebitato circa il 10% e cioé circa 30 euro. Laddove ho dovuto cambiare da euro a sterline, grazie a paypal, mentre avrei avuto condizioni più vantaggiose, 1% di commissioni, se avessi usato una carta visa).
La consegna dovrebbe avvenire in pochi giorni (stima attuale 15 giorni), e verificheremo anche questo.
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Non appena cominceranno ad arrivare a me gli oggetti Vi mostrerò lo stato di avanzamento dei montaggi, e le misure che sono in genere la “nota dolente” della documentazione attualmente reperibile.
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E’ infatti importantissimo non la “scenografia” di come si ottengono scariche elettriche ma indicare gli strumenti di misura e i valori osservati in ingresso ed in uscita dei vari dispositivi al variare dei valori di pilotaggio degli ingressi.
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In ipotesi che le date delle consegne siamo rispettate vorrei iniziare a mostraVi la macchina di Van de Graaff che ho costruito io e che ancora non ho mostrato .. poiché devo modificarla come suggerito dal fisico Daniele Sette: serve infatti un generatore di arco elettrico che consenta la migrazione sul nastro con impostazione NON trobo-elettrica, ma solo per trasferimento di cariche generato da un flusso di elettroni.
Sarà quindi interessante comparare quanto tempo impiega la macchina comprata in Cina per generare scariche elettriche, laddove la macchina cinese opera con metodo tribo-elettrico, versus “la macchina da me costruita” .. che opera con flusso di cariche realizzate da arco elettrico .. e quindi dovrebbe -il modello autoprodotto- avere meno tempi di attesa.
Va ricordato, inoltre, a chi mi segue che le misure in tensione di circa 20kVolt non possono essere eseguite con strumenti di misura ordinari.
Potrebbero anche essere -inizialmente- valutate le tensioni in uscita con un tester ordinario ma -tipicamente- fino a tensioni inferiori a 1 kvolt.
Come allora misurare tensioni superiori ?
- disponendo di strumenti di misura ad hoc (non ordinari)
- realizzando una trasformazione di tensione.
- con un partitore resistivo
Il metodo più semplice è con partitore resistivo:
Nel modello seguente si esegue una scalatura da 10000/100
che significa 100/1.
Ciò significa che laddove la tensione sia 100 kvolt si misurerà 1 kvolt che è nelle caratteristiche di un tester ordinario:
https://www.ebay.it/itm/Shunt-partitore-Trasformatore-voltmetrico-TV-misura-alta-media-tensione-tesla/283454078968
Il costo, però non è banale, poiché 175 euro! (che divengono 200 con il viaggio)
Cosa succede se il partitore lo realizziamo noi?
Ci servono 2 resistori di valore fisso:
il primo per esempio da 100 E6 Ohm = 100 M Ohm
il secondo resistore da 1 k Ohm
Supponiamo di applicare 100 k volt dalla cupola di Van de Graaff (o dalla cupola di Tesla) verso massa.
Poiché è V=(R1+R2)I calcoliamo quanto vale I
I = (100 k volt)/(R1+R2)=(100 k)/(100 M +1k) = circa 1/1E3 = 1 m Ampere
Ora se sottraiamo 1 mA alla cupola che sia statica (avendo fermato la possibilità che si ricarichi durante la misura)
Vp=tensione del partitore=R2*I=(1k Ohm)*(1 mA)=1 volt.
Se il valore I fosse diverso da 1 mA significherà che la tensione, Vc, tra la cupola e massa sarà diversa da quella ipotizzata Vc=100 k volt.
Supponiamo allora che Vc=Vx; e cioé che Vc sia incognita.
Problema ricavare Vx dalla misura di Vp?
Poiché I=Vx/(R1+R2)= circa Vx/R1
Poiché Vp=R2*I=circaVx*(R2/R1)=Vx*(1K/1M)=Vx*1E-3=Vx/1000
il rapporto tra R2 & R1 (se è 1000) mi dirà che basterà moltiplicare per 1000 il valore di tensione misurato su R2 (resistore minore) per sapere il valore su R1+R2 = circa R1 che è la resistenza totale.
Ad esempio
- se misuro 1 volt su Vp significherà che avrò circa 1*1000 volt tra cupola e massa.
- se misuro 2 volt su Vp significherà che avrò circa 2*1000 volt tra cupola e massa.
- se misuro 0,5 volt su Vp significherà che avrò circa 0,5*1000 volt tra cupola e massa.
- etc.
Al link seguente: abbiamo un resistore con le caratteristiche da 10 watt e 50 M Ohm.
P=V*I=100 Kvolt * 1 mA=100 watt > 10 watt
Da ciò discende che per diminuire la tensione applicata dovrei avere almeno 10 resistori da 10 watt ciascuno, se ogni resistore è da 100 M Ohm.
La resistenza totale Rtot, quando ho 10 resistori da 100 M Ohm, sarà:
Rtot=10*100 M Ohm= 1000 M Ohm= 1 G Ohm = 1E9 Ohm.
In queste nuove condizioni Itot=100 kVolt/1E9 Ohm=100 volt/1E6 ohm=
100E-6 ampere=(0.1E3)*(E-6)=0.1 m Ampere
Inoltre sul partitore resistivo da 1 k Ohm avrei, con una corrente di I=0.1 mA, una tensione Vp’=(1 kOhm)*(0.1mA)=0.1 volt ..
mentre su ciascun resistore da 100 M Ohm avrei una tensione (100 M)*(0.1mA)=
10 k volt
Pi=Vi*I=10 kvolt * 0.1 mA=1 watt a cui applicare una tensione max=10 watt.
a 9.34 euro al pezzo, 10 pezzi ci costano circa 93 euro
stop 22 giugno 2019, ore 17.20
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start 23 giugno 2019, ore 00.14
Si noti però che se avessimo un unico resistore da 1 G Ohm la Itot=0.1 mA
Quindi 100 kv * 0.1 mA=10 watt
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Vado a vedere se trovo questo resistore su ebay ..
caratteristiche:
Lieferumfang
1x Hochspannungswiderstand 10 GOhm mit den gennanten technischen Daten
Kaufabwicklung und Versand
Bei Geldeingang bis 16 Uhr (Mo-Fr) wird die Ware noch am selben Tag verschickt.
Ansonsten innerhalb von 24 Stunden nach Zahlungseingang, außer an Sonn- und Feiertagen.
Sie erhalten eine Rechnung, allerdings ist im ausgewiesenen Rechnungsbetrag gemäß § 19 UStG keine Umsatzsteuer enthalten.
Offrono per:
1x resistore ad alta tensione 10 G Ohm non induttivo
(simile alla foto)
Valore di resistenza: 10 G Ohm (≤200 ppm; -55 ° C – 70 ° C; J (± 5%))
Potenza: 10W
Tensione: 20 kV
Materiale: ceramica
Dimensioni della resistenza (L x D): circa 100 mm x 9 mm
Lunghezza totale: circa 150mm
consegna
1x resistore ad alta tensione 10 GOhm con i dati tecnici citati
Pagamento e spedizione
Con ricevuta di denaro fino alle 16 (Lu-Ve) la merce viene spedita lo stesso giorno.
Altrimenti entro 24 ore dal ricevimento del pagamento, tranne la domenica e i giorni festivi.
Riceverai una fattura, ma nessuna IVA è inclusa nell’importo fatturato secondo il § 19 UStG.
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Resistore ad alta tensione 80kV 1 Giga Ohm (fino a 150kV di picco)
Resistore per applicazioni ad alta tensione.
Dati tecnici:
Valore di resistenza: 1 Giga Ohm + -5%
Tensione continua: 80 kV (il design tollera questa tensione – possibilmente limitata dalla perdita di potenza)
Voltaggio di picco: 150kV per 5 min (il design tollera questa tensione – possibilmente limitata dalla dissipazione di potenza)
Potenza: 150 watt
Potenza di picco: 1500 watt per 5 secondi
Dimensioni: lunghezza 305 mm, diametro 33 mm con attacchi a vite M6
Per l’uso in alimentatori ad alta tensione, corrente di carica limitazione / scarico dei condensatori, prove di laboratorio, carico fittizio per la prova di generatori ad alta tensione, resistenza snubber, tester ad alta tensione, ecc
Se hai bisogno di resistori con diversi valori di resistenza / tensione, possiamo anche organizzarlo per te.
Semplicemente scrivici una e-mail con la designazione del tipo o i valori caratteristici e la quantità richiesta e ti faremo un’offerta non vincolante.
Indipendentemente dal numero di oggetti acquistati, paghi solo una volta la spedizione!
Ogni articolo aggiuntivo, sia esso stesso o diverso, verrà inviato gratuitamente. Per articoli con costi di spedizione diversi, si applica l’articolo con i costi di spedizione più elevati.
Troverai ulteriori oggetti ad alta tensione in HighVoltageShop
—
ho scelto il resistore da 10 euro: saranno da verificare le caratteristiche dichiarate _prima_ dell’uso ed in particolare il valore della resistenza che secondo la tabella dovrebbe essere 10 G Ohm, ma ho il sospetto che sarà da 1 G Ohm. (sospetto infondato: il resistore è veramente da 10 G Ohm, dopo il test).
Inoltre il valore tipico max della tensione applicata dovrebbe essere NON 20 k Volt, ma 100 k volt.
Se si misura la tensione a macchina spenta (quindi durante una scarica) la corrente sarà
I=(100 k volt)/(1 G Ohm) = 100 E3 / 1E9 = 100 E-6 ampere
P=V*I=(100E3)*(100E-6)=10000E-3 watt=10 watt che è la potenza dichiarata dal costruttore.
Quindi -probabilmente- 20 kvolt come tensione max è un valore di cautela (mentre il valore vero è 100 kvolt) e il valore della resistenza non sarà 10 G Ohm, ma 1 G Ohm.
(arrivo previsto per il resistore: dal 26 giugno vs 5 luglio 2019)
stop 23 giugno 2019, ore 2.12
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Riassumendo i materiali ordinati sono i seguenti:
N.1
[ ] mini_trasformatore per alta tensione + accessori:
data ordine 20 giugno 2019
data consegna stimata dal 25 giugno 2019 al 2 luglio 2019
aggiornamento al 29 giugno 2019: l’oggetto è stato spedito
prezzo oggetto su ebay = 2,79 euro
prezzo oggetto compresa spedizione = 25,79 euro entro il 2 luglio 2019
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N.2
[v] dispositivo di Tesla
data ordine 20 giugno 2019
data consegna stimata dal 25 giugno 2019 al 2 luglio 2019
aggiornamento al 29 giugno 2019: l’oggetto è stato spedito
prezzo oggetto su ebay = 37,60 euro
prezzo oggetto compresa consegna entro il 2 luglio = 60,60 euro
arrivo dopo seconda spedizione del 13 luglio 2019:
22 luglio 2019, ore 13.30
spese della dogana 19,20 euro.
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N.3
[v] dispositivo di van de Graaff
acquistato il 21 giugno 2019
spedito il 29 giugno 2019
attesa max stimata al 29 giugno 2019: 1 o 2 giorni = 1 luglio 2019
stima originaria 21 + 5 giorni max= 26 giugno 2019
ritardo circa 1 settimana.
prezzo su alibaba = 110,00$ = 97,32 euro
prezzo spedizione = 141,66$ = 125,35 euro
prezzo spese doganali (operate tramite DHL express) = 38.06 euro
prezzo tot = 97,32+125,35+38,06=260,73 euro
richieste spese doganali on line (carta di credito) = 2 luglio 2019, ore 13.59
la consegna avvenuta il 3 luglio 2019, ore 12.04
Collaudo della macchina di Van de Graaff in figura, qui sopra ..
4 luglio 2019, ore 13.00
Ho costruito un partitore resistivo come in figura seguente:
foto link
R2= 10 Giga Ohm = 10E9 Ohm; 1 G=1E9
R1= 1 Mega Ohm = 1E6 Ohm; 1M =1E6
Posto che il tester con lettura di tensione è collegato tra V2-V1 .. e quindi il valore V3 è misurato in modo indiretto tramite lo schema spice qui sopra ..
.. la tensione V3 è stata collegata alla cupola a circa 10 K volt (o meglio: V3 – V1 =10k volt, dove V1 è al potenziale di massa) che si raggiungono dopo circa 1 minuto dalla accensione del motore che aziona i rulli di trasferimento delle cariche, ma -nota bene- con il partitore resistivo inserito che -mentre la cupola si carica- tende a scaricare il valore della carica verso massa (grazie a una debole corrente che calcoleremo qui di seguito).
VICEVERSA, se il valore di circa 10 k volt della cupola non sono collegati alla strumentazione di misura .. dopo solo 10 secondi tra la cupola e la pallina collegata a massa si ha subito una piccola scarica (ARCO ELETTRICO!) a circa 1 cm di distanza .. la cupola rimane carica e se si è isolati dal suolo (con scarpe di gomma) i capelli della persona sentono che la carica tende ad agire distanziandoli ed in specie quelli del braccio che si avvicina alla cupola che tende a rimanere carica (poiché non ha un percorso di scarica).
Si noti che l’arco elettrico non si formava(!) .. se la strumentazione di test era attiva anche sulla cupola cinese! .. sebbene la macchina raggiungesse ugualmente 10 kVolt misurati nel valore di circa 1 volt grazie al partitore resistivo.
Infatti la cupola cinese .. trovava un percorso di scarica sul tester(!) .. e NON creava l’ARCO tra le 2 sfere(!) (cupola grande e sfera piccola a massa), sebbene il motore che azionava i rulli di trasferimento di carica elettrica fossero lasciati attivi (ON).
I valori di test:
R2= 10 Giga Ohm = 10E9 Ohm
R1= 1 Mega Ohm = 1E6 Ohm
Poiché ho misurato ai capi di R1 il valore di tensione di 1 volt
V2 – V1 = 1 Volt = R1*I
In ipotesi che R1=1 M Ohm, R2=10G Ohm:
Calcolo I=[1 (volt)]/[R1]=1/[1E6]=1E-6 Ampere=1 micro Ampere.
V3-V1= circa (1 micro Ampere)*R2=circa V3-V1=(1E-6)*(10 G Ohm)=(1E-6)*(10E+9)=10 k Volt
Nota Bene:
Con il processo di carica attivo sulla macchina cinese V2-V1=1 Volt è stato il valore max misurato sul punto di prelievo del partitore resistivo per lettura sperimentale!
E quindi le scariche si ottengo a partire da V3-V1=circa 10 kVolt.
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PROMEMORIA del 4 luglio 2019, ore 13.42:
Nella macchina di Van de Graaff realizzata da me, dunque, si può incrementare il trasporto di carica grazie al metodo di creare un arco elettrico prodotto con il circuito N1 qui sopra indicato. Ma saranno da scollegare i circuiti di test (che assorbono corrente) se si vuole una scarica tra la cupola e massa in modo analogo a come si è osservato -per favorire la scarica- anche nel circuito di Van de Graaff della Cina.
Ricordarsi di utilizzare il partitore resistivo per scaricare la cupola dopo il termine degli esperimenti .. altrimenti la cupola rimane carica ad un valore minimo di 10 k volt se sono avvenuti archi elettrici.
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N.4
[v] resistore per misura in alta tensione:
data ordine 23 giugno 2019
data consegna stimata dal 26 giugno 2019 al 5 luglio 2019
aggiornamento al 29 giugno 2019: l’oggetto è stato spedito
arrivo: ore 10.57 del 2 luglio 2019 – status? ok.
prezzo oggetto=10,00 euro
prezzo spedizione=6,80 euro
prezzo tot = 16,80 euro
Nota Bene: saranno usati due resistori in serie Vtot = R1*I + R2*I
(ma va testato per conferma prima dell’uso)
R1*I assorbirà quasi la totalità di Vtot.
Quindi, noto R2 ed il valore di V2=R2*I ; si può calcolare I=V2/R2
noto R1 da collaudo separato a bassa tensione, allora, si può dedurre
=10 milli ampere
autoprodotto. Poi verificare se ottengo una scarica sufficiente ad un arco di circa 1 cm.
In merito alla sperimentazione su Tesla: anche lì andranno fatte delle misure per verificare se è più efficiente il metodo di van de Graaff o quello di Tesla.
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Aggiornamento 5 luglio 2019, ore 10.37:
foto link
.. sto sollecitando (in data di oggi 5 luglio 2019, ore 10,00) .. con email al venditore .. “la consegna che è oltre la data limite stimata” .. la procedura prevede di farlo dal mio account ebay e scrivere al venditore tramite ebay che afferma che in caso di mancata risposta interverrà in data 11 luglio 2019. Si può chiedere la restituzione di quanto pagato, oppure il sollecito della consegna. Ho chiesto il sollecito della consegna.
Si noti il sovrapprezzo (nella figura qui sopra) tra il valore dell’oggetto e il prezzo pagato perché doveva essere garantita una data limite di consegna.
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Aggiornamento 9 luglio 2019:
sia la macchina di Tesla, e sia il piccolo trasformatore non sono arrivati! (la data max di consegna era il 2 luglio 2019).
Perché?
Perché nonostante su ebay io abbia pagato la consegna veloce con un sovraprezzo ci sono problemi di dogana dalla Cina. Infatti anche con alibaba i fornitori si orientano a bloccare i pacchi alla dogana e chiedere ai clienti le spese dei DAZI alla dogana a chi aveva già pagato per la consegna celere non avendo specificato se vi fossero altri oneri (reato di pubblicità ingannevole).
Quando ammonta il costo già versato dei 2 pacchi?
60,60 euro + 25,79 euro = 86,39 euro.
Vediamo la email del fornitore?
Ora si capisce che vogliono che paghi io le spese di dogana, quando che io avevo già pagato le spese per una consegna celere.
Né mi dicono a quanto ammontano le spese di dogana: insomma un kaos.
Ho risposto con i dati che mi chiedevano e prima o poi -forse- riusciremo ad avere quanto avevamo già pagato, notato che in una fase di modifica delle regole,
- si violano le regole: perché se garantisci con un sovraprezzo una data di consegna la consegna va effettuata anche se avvengono dei fatti nuovi, visto che il contratto di compravendita+consegna è già chiuso.
- le maggiori spese si cerca di farle pagare all’anello debole del commercio: e cioé a chi si era fidato delle promesse di vendita e consegna celere.
Il calcolo dei Dazi e altre spese:
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13 luglio 2019
La discussione su facebook:
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fonte su facebook:
https://www.facebook.com/groups/robiemaria/permalink/2236437039808199/
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13 luglio 2019
Aggiornamento sull’arrivo degli ordinativi:
il fornitore cinese dice che spedirà di nuovo oggi la macchina di Tesla e il 15kV circuito.
Per accelerare l’ordinativo ho comprato un secondo circuito 15KV in Inghilterra e spero che in questo caso l’arrivo sarà più celere. (poichè La GB non è ancora uscita dalla UE e non dovrebbero esserci problemi di dogana).
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19 luglio 2019, ore 13.41
è arrivato alle ore 13 circa il dispositivo per i 15kVolt, ma dall’Inghilterra spedito il 9 luglio 2019. Ecco la foto:
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20 luglio 2019, ore 12.57:
consiglio di vedere il seguente video prima di eseguire il montaggio:
Dall’esame del video .. si capisce quanto segue:
Lo schema seguente:
foto link
NON rispetta la conformazione fisica del trasformatore del video!
Infatti quello a noi pervenuto non ha i due fili più grandi del primario agli estremi come nel video ..
BENSI’
ha la sequenza
grande(F1), piccolo(f2), grande(F3), piccolo(f4)
come nella figura qui sopra.
Quindi ciò conduce che sarà
F1: ad essere collegato al collettore del transistor
f2+F3: collegati insieme e collegati al polo “+” di una batteria da 1,5 volt (come primo test)
f4: collegato al resistore in serie con il diodo come in figura prima di andare su B (base del transistor)
Infine l’emettitore (E) del transistor sarà collegato al polo “-” di una batteria.
Anziché eseguire saldature, come primo test, userò una basetta configurabile.
Mi propongo di dare il power tramite un interruttore e di verificare le tensione in uscita del trasformatore (che è detto “secondario”).
Appena avrò eseguito il test metterò di seguito i risultati.
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20 luglio 2019, ore 13.36
consiglio di visionare anche il video seguente che aiuta al montaggio dei componenti sulla scheda “stampata in rame”:
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Aggiornamento 20 luglio 2019, ore 17.09
Normalmente chi ha sperimentato questo dispositivo ha verificato il funzionamento tramite la formazione dell’arco elettrico.
Tuttavia ciò non segue la impostazione di teoria della misura:
Infatti la mia impostazione è stata quella di verificare con un variac una alimentazione alternata da zero volt in tensione alternata poi raddrizzata
(“raddrizzata”=input tensione DC) e quindi inviata in input al dispositivo 15KV.
tensione 220 V di rete domestica -> |variac| -> |raddrizzatore DC| = input al 15KV -> |dispositivo 15KV| -> output 15 KV ;
tensione di output DC leggermente variabile a secondo della tensione DC di input, e va verificato il range.
Quindi la misura è verificare le tensioni DC in uscita (output tensione DC) associate (saranno anche esse circa raddrizzate grazie al comportamento oscillante del trasformatore).
Risultava -però- in deficit la quantità di informazione di quale fosse il polo positivo in uscita! E quindi bisogna considerare la figura seguente su ebay del venditore:
foto link
Dalla figura si capisce che F1, f2, F3, f4 sono dall’alto verso il basso.e la tensione positiva si troverà non sul terminale più in alto, ma sul terminale più in basso.
Un altro metodo per distinguere come collegare il tester .. è controllare che la parte in plastica del polo positivo è segnata (come fusa da saldatore).
Né si trascuri che serve un partitore resistivo per leggere circa 15 KVolt! Poiché normalmente un tester non riesce a misurare tensioni DC così elevate (e ne alternate).
stop configurazione hardware di verifica del 20 luglio 2019, ore 17.33
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Aggiornamento 21 luglio 2019, ore 15.00
foto link
Per evitare di non collegare correttamente ho realizzato una versione migliorata del circuito. Si noti che le masse in input ed in output del trasformatore (indicato con 3 induttori in figura, ma si tratta di un trasformatore con 2 induttori nel primario e un avvolgimento sul secondario) .. le 2 masse, dicevo, vanno lasciate separate.
Inoltre nel misurare con un oscilloscopio si ricordi di testare le tensioni in riferimento alla massa non indicata nello schema, ma in riferimento alla massa di terra dell’impianto generale che alimenta la 220 volt in alternata.
Con (circa) I=[10 k(volt)]/10 G (Ohm)=1E3/1E9=1E-6 ampere =1 micro ampere
Da cui “if” ..Vo=R2*I=10E9*1E-6=10kVolt
Vo_test=R3*I=1M(ohm)*(1E-6 ampere)=(1E6)*(1E-6)= 1 volt
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Con Vo’=15 kvolt ..
15 kvolt vede Vo_test’=circa 1,5 volt
Quindi la tensione di test (in output) affinché il dispositivo non superi le caratteristiche dovrà essere minore di 1,5 Volt.
Vo_test < 1,5 volt.
Inoltre con un doppio tester misurerò per quali valori della tensione di input (DC) al trasformatore si realizza la condizione Vo_test= di più valori fino al mx di 1,5 volt.
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Aggiornamento 23 luglio 2019, ore 12.26:
foto link
Come si vede dalla figura qui sopra ho voluto fare il test del funzionamento del circuito per avere 15kvolt prima di saldare sulla basetta data dal fornitore.
In base alle misure che ho eseguito non solo con tester di figura, ma anche su oscilloscopio Tektronix (non in figura) utilizzando un variac ho convertito la 220 volt alternata in 1.33 volt (circa) per il raddrizzatore (non in figura) e ho mandato tale valore al circuito.
Risultato?
Il circuito per la parte di input ha tutti i componenti funzionanti ed infatti oscilla, attorno alla tensione di input mettendo in conduzione L1 ed alternativamente L2 e cioé i due induttori del trasformatore.
Però il secondario del trasformatore non da tensione, quindi ha un problema di funzionamento, essendo danneggiato a livello hardware.
Fortunatamente ho una replica della componentistica e quindi sia un circuito GB che dalla Cina.
Nei prossimi giorni continuerò la sperimentazione sostituendo il trasformatore difettoso (GB) con quello Cina, ma prima voglio fare il test di funzionamento sui singoli componenti GB di modo che abbia la certezza del loro funzionamento prima di sostituire il componente GB con quello Cina.
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Aggiornamento 24 luglio 2019, ore 16.33:
Come si vede dalla foto qui sopra, lato a destra (pulsante verde ed accessori) abbiamo realizzato anche noi il dispositivo 15kv che dovrebbe convertire una tensione intorno ai 3 vs 6 volt DC i 15 kvolt.
In realtà questo su scheda è il nostro secondo circuito che però ha mostrato sempre lo stesso problema: gli induttori del primario funzionano, infatti l’oscilloscopio ci mostra una onda quadra generata dalla commutazione pilotata da diodo + transistor che mette in conduzione 1 induttore per volta.
Ma il problema è che sia nel circuito precedente che in quello attuale non esiste tensione sul secondario all’aumentare della tensione di input da 3 volt fino a 6 volt, né tanto meno si osserva un flusso di elettroni.
La domanda: Perché il secondario NON funziona?
La risposta è nel video seguente:
Infatti serve un “traferro” che sia un circuito magnetico che
- va aperto per realizzare gli avvolgimenti
- va richiuso perché le 2 U facciano contatto!
Nei dispositivi più professionali vi è un sistema di compressione a molla tra le due U affinché ciò si realizzi!
Una ulteriore sperimentazione -quindi- è verificare se esiste una “continuità elettrica” del secondario che è una sorta di solenoide che dovrebbe essere costituito da un unico filo elettrico, ma con un vernice isolante tra i vari avvolgimenti.
Vado a verificare ..
sul primario:
- filo sottile? esiste continuità elettrica! ok
- filo spesso? esiste continuità elettrica! ok
sul secondario:
- un solo filo sottile: esiste continuità elettrica! ok
Dunque è un problema di continuità del circuito NON elettrico -> ma magnetico!
Esperimento: tolgo il nastro adesivo trasparente che teneva insieme le due parti del circuito magnetico ..
Domanda: il traferro è libero di separarsi?
Risposta: eureka! sì
Soluzione: serve quindi un sistema meccanico che consenta alle 2 U del traferro di essere in aderenza .. in particolare si può usare una fascetta di nylon per cavi elettrici che non abbia solo lo scopo di tenere fermo il trasformatore, ma che metta in contatto le due 2 U in modo molto forte.
La sperimentazione di ciò alle prossime puntate!
stop 17.19 del 24 luglio 2019
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Aggiornamento 25 luglio 2019:
Va capito che i due induttori del trasformatore sul lato “primario” sono due avvolgimenti sulla prima parte del traferro “coassiali” (le spire sono su filo isolato al contatto con le spire concentriche).
Sul “secondario” del trasformatore vi è 1 solo avvolgimento che numero maggiore di spire infatti:
Vp/Vs=np/ns
da cui se ns=100 np
Vp/Vs=1/100
quindi
Vs=100 Vp che realizza una moltiplicazione di tensione.
la sperimentazione sul solo trasformatore dando una tensione alternata di 1 volt sul primario e comprimendo il secondario ha mostrato che -effettivamente- il dispositivo sia inglese e sia cinese non hanno una molla di compressione del traferro e la compressione è affidata alla sola fascetta ferma cavi elettrici che dovrebbe realizzare anche la tenuta sulla basetta.
I due cavi del primario che realizzano 4 input “NON sono etichettati! .. non sempre hanno la stessa disposizione, e si riconoscono (con difficoltà) solo dal diverso spessore.
E’ indifferente se di ciascun cavo del primario dello stesso spessore si prende una cima o l’altra, ma sarebbe stato meglio etichettarli ed insolarli specificatamente nella zona di uscita oltre che pulirli dalla schermatura per consentire le saldature, ma non è stato fatto con il rischio che le saldature siano fatte sulla vernice isolante! .. oppure che una schermatura di vernice non sufficiente metta in corto circuito gli input.
TUTTAVIA la sperimentazione di oggi, 25 luglio 2019, dalle ore 8.00 alle ore 9.00 ha mostrato che cambiando la compressione delle U del traferro il secondario vada in conduzione e svolga la sua funzione di moltiplicatore di tensione.
NONOSTANTE CIO’ ottenere dei collegamenti stabili saldando i componenti sulla scheda ha molti lati di scarsa affidabilità e stabilità.
Il dispositivo 15 kv esaminato finora:
- Sebbene le correnti in gioco siano ridotte i cavi di collegamento della componentistica sono troppo esigui (sezione insufficiente).
- l’interruttore fornito ho dovuto sostituirlo perché avendo ripetuto la saldatura si è fusa la parte in plastica (toccando solo la parte metallica di saldatura) e non consentiva più on/off dell’interruttore: componentistica di bassa qualità.
- il traferro a doppia U -del trasformatore- non trasferisce stabilmente il flusso.
- la sezione dei cavi di uscita è troppo esigua per i nostri scopi.
- la vernice isolante non è sufficiente all’isolamento dei cavi del secondario: infatti collaudando il trasformatore fuori dal circuito applicando 1 volt fino a 6 volt su uno dei due induttori del primario, il secondario NON fornisce una tensione alternata stabile! .. ma oscilla da valori quasi di corto circuito fino a tensioni 200 volt avendo utilizzato un partitore resistivo in cui la tensione viene prelevata sul resistore da 1 M Ohm e il collegamento del secondario è in cima al resistore da 10 G Ohm. Dunque abbiamo letto un valore “attenuato” dal partitore resistivo, ma avrebbe dovuto essere un valore “stabile” mentre NON era stabile! quindi microscariche si verificano anche internamente al secondario del trasformatore tra una spira e quella adiacente, e riducono le caratteristiche in uscita facendole oscillare!
I nostri scopi del circuito erano collegare i cavi del secondario sulla base di una macchina di Van de Graaff per trasferire le cariche su un nastro isolante senza il metodo triboelettrico.
Il difetto maggiore è la scarsa affidabilità del trasformatore oltre le che basse correnti.
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REIMPOSTAZIONE del 25 luglio 2019, ore 10.43.
Decido quindi di abbandonare il circuito 15kv (di circa 2 euro) realizzato con un doppio induttore del primario e un singolo induttore di uscita, perché inaffidabili, e di caratteristiche delle correnti disponibili troppo esigue. Se infatti è vero che con un carico basso la corrente può aumentare, ciò nonostante avere un hardware di cavi troppo sottili, surriscalda i cavi e fonde l’isolante, oltre che rendere più difficile il collegamento sul altri cavi di trasferimento del segnale.
Come sostituire il circuito?
Naturalmente si potrebbe optare per uno dei dispositivi già esaminati nella nostra introduzione al tema.
Ma poiché abbiamo anche comprato una macchina di Tesla, uniremo l’utile al dilettevole, di ..
- ripetere lo studio di come Tesla realizza le scariche elettriche .. che è un modo _diverso_ di quello di Van de Graaff.
- utilizzare la macchina di Tesla per creare il flusso di elettroni che sarà utilizzato alla base del nastro di Van de Graff.
Quindi -qui di seguito- ripeteremo in chiaro gli elementi di Base della Teoria di Tesla, poi assembleremo la macchina. Infine la collegheremo a Van de Graaff nella versione del fisico Danile Sette.
stop 10.58 del 25 luglio 2019
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26 luglio 2016, ore 11.19
Consiglio di iniziare dalla seguente lettura introduttiva al tema “Bobbina di Tesla”:
https://it.wikipedia.org/wiki/Bobina_di_Tesla
Gli schemi base:
Fig.1-Tesla:
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Fig.2-Tesla:
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Fig.3-Tesla:
Il funzionamento?
Il trasformatore (T1) di ingresso (dalla sorgente di segnale) serve per elevare la tensione.
La parte del circuito dopo il condensatore non sarà coinvolta, se la figura è come quella 2, finché lo “spark gap” non entrerà in conduzione.
Supponiamo che lo “spark gap” siano due punte a 1 cm di distanza: servirà una tensione di circa 10 kvolt perché si abbia una scarica che da alta tensione vada verso massa.
Una volta che il dispositivo abbia raggiunto queste “condizioni critiche” il “primary coil”, B1, (bobina primaria di circa 10 spire) entrerà in conduzione.
Poiché i campi elettromagnetici variabili generano una onda di propagazione non solo in un traferro (trasformatori ordinari) ma anche in aria, la energia sarà trasferita alla bobina secondaria, B2, che ha un numero di spire maggiore.
A questo punto una lampadina non collegata può avere il suo gas ionizzato, oppure una sfera metallica, S1, messa a distanza e collegata a massa, sarà uno dei 2 poli tra cui può scorrere un arco elettrico.
Il concetto è che una alta tensione cerca un percorso attraverso cui fluire da B2 verso massa. Analogamente a come opera -anche- una macchina di Van de Graaff.
Le correnti di scarica, in genere, sono limitate in dispositivi da hobby, ma è sempre utile non sottovalutare che non debbono essere assorbite dal corpo umano.
La nostra idea, quindi, è di collegare la bobina B2 ad un conduttore, ed il polo di scarica assorbirà tale tensione alla base del generatore di Van de Graff, al fine di consentire che gli elettroni vadano sul nastro di Van de Graaff.
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Ora vediamo la documentazione del dispositivo che abbiamo acquistato:
CARATTERISTICHE:
input: DC 12V-36V (dalla pagina ebay che segue)
circuito:
[ ] non fornito, ma ricostruibile dalla scheda di saldatura.
stop ore 12.07, 26 luglio 2019
Nota Bene1:
eseguire il collaudo all’aperto:
dal link precedente:
Do not touch anything except the secondary discharge side with your hand.
Secondary must be grounded (floor or wall) before power on
The spark gap Tesla coil is noisy when operating. Please be prepared mentally.
Pay attention to ventilation during operation. The lighter will generate a lot of ozone
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step-1: (montaggio)
Nota Bene: del circuito qui sopra “_NON_ è fornito lo schema!” ma se si confrontta con la figura seguente:
si vede che entrambe i circuiti hanno:
resistori=4
diodi=4
transistor=4
induttori=1
collegamenti a trasformatore 3 ingressi e 1 uscita=1
condensatori=2 ma in serie, equivalenti ad 1 condensatore.
Dopo che il circuito è saldato, allora, si potrà verificare che lo schema (come collegamenti tra la componentistica) ripete il flyback già noto. cvd. Da cui è consigliabile un “pilotaggio” con Variac e raddrizzatore (DC) a tensioni più basse di 12 volt ed eventualmente aumentare con gradualità l’aumento della tensione.
Commento: una impostazione di documentazione -però- non ortodossa, forse per non mostrare che si stava usando uno schema di Mazzilli a cui non si riconoscevano i diritti di copyright.
In una documentazione completa, invece, le case costruttrici degne di nota forniscono anche le forme d’onda nei vari punti di test principali, oltre che la etichettatura dei nodi di connessione.
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step-2:
foto link
nota bene: vi sono altri componenti montati.
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step-3:
foto link
qui sta chiedendo di lasciare 5 spire a destra e 5 spire a sinistra e creare un collegamento tra la spira centrale ad un terminale del trasformatore di alta tensione che sarà meglio spiegato nel seguente step.
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step-4:
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step-5:
mostra un nuovo collegamento.
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step-6:
foto link
sta dicendo di rimuovere gli altri collegamenti (oppure isolarli).
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step-7:
collegamento tra la alta tensione del trasformatore (tipo T1) con un circuito di controllo (a destra) nella figura (che opera no solo per dare il segnale di input, ma fa anche un test grazie al centro delle spire).
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step-8:
cara
tteristiche del signolo condensatore:
punto lavoro 1200 volt (max); 0.27 micro Farad; 50 Hz.
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step-9:
foto link
in totale 10 condensatori, saldati tra loro come in figura precedente.
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step-10:
foto link
in figura precedente la saldatura dei resistori.
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step-11:
collegamento dei condensatori.
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step-12:
dettagli di collegamento con i condensatori.
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step-13:
taglio della basetta pre-forata in più parti.
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step-14:
montaggio di viti.
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step-15:
assemblaggio come struttura, ma sarà meglio usare scatola di pvc.
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step-16:
preparazione di fori su pannello di legno.
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step-17:
foto link
collegamento dello spark-gap.
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step-18:
vista dei dispositivi senza coperchio.
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step-19:
vista dei dispositivi con coperchio.
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step-20:
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step-21:
foto link
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step-22:
foto link
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step-23:
foto link
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Aggiornamento
26 luglio 2019, ore 16.43:
Dal video del funzionamento:
https://www.aliexpress.com/i/32946842001.html
Si capisce, però, che lo “spark gap” è molto fastidioso, sebbene può essere silenziato.
Tale elemento, è fondamentale, poiché serve a tenere in stabilità le tensioni che altrimenti distruggerebbero i condensatori di ingresso portandoli fuori del punto di lavoro a causa di una tensione eccessiva.
Nella teoria dei controlli, tuttavia, i problemi di eccesso di valore si risolve con il concetto di misura su output e feedback dell’output verso l’input, essendo
error=yd-ym
yd=output desiderato
ym=output misurato
dunque error deve ridurre l’input if error =/= 0.
Inoltre il dispositivo di tesla richiede molto tempo per i montaggi e già otteniamo le tensioni che ci potrebbe dare con la macchina di van de graaff!
Per chi voglia studiare come progettare (in generale) Tesla:
http://deepfriedneon.com/tesla_frame0.html
Considerato, tutto quanto sopra, utilizzeremo “la via più breve” per dimostrare che si può operare con van de Graaff grazie a flusso di elettroni:
- Collegheremo la macchina di van de Graaf già acquistata e collaudata come funzionante per generare il flusso di elettroni.
- Dimostreremo che con tale tecnica (di flusso di elettroni che potrebbero essere anche ottenuto con flyback driver) si ottiene tensione in cupola di van de graaff.
Si noti che se il flusso di van de graaff tribo è assorbito alla base con un metodo che assomiglia allo spark gap (spiterometro)
https://it.wikipedia.org/wiki/Spinterometro
La convenienza di usare, però alta tensione e bassa corrente permette di non avere plasma caldo! e quindi di non distruggere i circuiti.
Inoltre più è alta la tensione e conseguentemente bassa la corrente realizza la maggiore ampiezza della lunghezza degli archi di scarica.
Nella continuazione del presente lavoro, allora, verificheremo che non quanto già disponiamo il van de graaff tribo non si sovracarica perché e se scarica la carica alla base del van de graaff modello Danile Sette. Mentre quest’ultimo può accumulare carica per tentare tensioni anche maggiori di quelle ordinarie.
—
Aggiornamento 29 luglio 2019:
L’esperimento di utilizzare “VdG CHINA” alla base del “VdG Danile_Sette” ha avuto conferma di funzionare: collegando -infatti- la cupola di VdG CHINA che un tester rileva come V+ rispetto a V-=Vo=tensione di massa dell’impianto a 3 poli ENEL si ottiene la scarica con circa 10 mm (millimetri) di distanza tra V+ & V-; dopo un tempo di circa 10 secondi dalla accensione del motore del dispositivo VdG CHINA.
Poiché verso la cupola CHINA sono trasportati elettroni quando la cupola viene caricata dal nastro, ciò conferma che il verso convenzionale di una corrente elettrica è “opposto” alla movimentazione reale degli elettroni (come pure sottolinea Daniele Sette nel libro “Lezioni di Fisica volume III (elettromagnetismo) Ed Veschi, da pagina 236 vs 239”.
TUTTAVIA va precisato che la TESI precedente è INCOMPLETA!
Infatti sottointende che si stia misurando il flusso degli elettroni con un partitore durante la scarica in un partitore; VICEVERSA noi non abbiamo nella cupola solo una fase di scarica, ma anche una fase di carica, e il verso degli elettroni cambia tra una fase e l’altra.
DA CUI LA CONVENZIONE UFFICIALE è OPPOSTA AL CASO REALE .. solo se la cupola è nella fase di scarica come una batteria elettrica che si scarica dal catodo che emette elettroni (vedi seguito “CASO_1“):
DIMOSTRAZIONE:
Per chiarezza chiamiamo:
V2=tensione sulla cupola (sia nella carica e anche nella scarica, dunque V2=V2(t)).
Vo= tensione della massa (Vo=costante).
CASO 1:
V2-Vo (durante la scarica in un partitore) > 0;
if “come dalla misura del tester”,
ed in questo caso la i (da V2 verso Vo) (convenzione ufficiale da V2-Vo > 0)descrive il moto degli elettroni, ma V2 dovrebbe essere misurata negativa, mentre il tester la misura positiva (in ipotesi della configurazione VdG qui usata).
SCARICA=flusso di elettroni uscenti dalla cupola = CATODO.
CASO 2:
V2-Vo (durante la carica della cupola) > 0;
if “come dalla misura del tester”,
ma vi è un afflusso di elettroni verso la cupola,
ed in questo caso la i (da V2 verso Vo) (convenzione ufficiale da V2-Vo >0)
NON descrive il moto degli elettroni, poiché gli elettroni si stanno muovendo verso la cupola; tuttavia V2 è misurata ancora negativa, mentre il tester la misura positiva.
CARICA=flusso di elettroni entranti nella cupola = ANODO.
In CONCLUSIONE:
Se una batteria elettrica ha un polo V+ ed un polo V-, (e quindi la batteria elettrica si scarica su un resistore, che può essere anche il solo filo elettrico, o l’aria, oppure acqua e sale nel caso di elettrolisi), come in figura seguente:
La freccia indicata in figura è opposta al moto reale degli elettroni.
cvd.
—
Per completezza abbiamo anche separato le due fasi:
Cioé abbiamo prima eseguito una carica della cupola senza che il partitore fosse collegato (grazie alla separazione ottenuta con un interruttore tra sorgente=cupola e ricevitore=carico del partitore).
Poi collegando il carico.
In tal modo abbiamo verificato che la tensione sul partitore anziché oscillare si è manifestata come stabile come verso e in decrescita senza oscillazioni.
—
Anche il VdG_Daniele_Sette da me costruito si carica alimentato da quello CHINA, ma la carica non può essere manuale, ma deve essere motorizzata altrimenti si hanno delle oscillazioni molto ampie di tensione.
Infatti se è collegato un tester al dispositivo “VdG_Daniele_Sette”, con associato partitore resistivo, oltre che la carica avviene una scarica sul partitore e quindi cambia il verso degli elettroni che non solo affluiscono alla cupola sotto test, ma anche vanno verso massa a causa del partitore.
Lo stesso VdG_CHINA non mostra archi di scarica se è contemporaneamente collegato in fase di test un partitore resistivo! (a causa della scarsità di corrente).
Dunque questa parte della sperimentazione ha dato esito di chiarire:
- sia il verso degli elettroni che non è sempre lo stesso (dalla cupola possono essere immessi -nella carica- ed anche uscire se c’è scarica).
- sia la veridicità di un VdG secondo CHINA e Daniele Sette
- sia l’ordine di grandezza delle tensioni e correnti in gioco.
In merito alle tensioni e correnti in gioco .. laddove il partitore resistivo doveva misurare circa 1 volt se la cupola era a 10kVolt, ho misurato valori di picco ancora maggiori di 1 volt: il comportamento era oscillante poiché .. la corrente di dissipazione attraverso il partitore portava la tensione anche a zero volt durante la scarica verso il partitore. Da cui è mal posto aspettarsi un valore stabile come misura della tensione sulla cupola se contemporaneamente avviene sia la carica e sia la scarica(*).
(*) In merito al fatto di cercare di stabilizzare il processo si veda l’aggiornamento seguente a quello attuale! La stabilizzazione è possibile grazie ad uno “spinterometro”: la tecnica di stabilizzazione è tenere acceso il dispositivo VdG e limitarlo con uno spinterometro. Va aggiunto che non tutti i tester riescono a filtrare le alte frequenze con cui avviene ad esempio la carica, ma quelli più moderni ed affidabili vi riescono. (in caso contrario il valore di lettura non sarà stabile).
COMUNQUE è sconsigliabile toccare la cupola con le mani anche con scarpe isolanti, poiché per scaricare la tensione elettrostatica servirebbe una scarica graduale come il partitore da 10 G Ohm, anziché togliersi le scarpe e poggiare i piedi nudi sul pavimento.
Né conviene lasciare acceso il VdG per evitare di accumulare tensioni elettrostatiche sempre in incremento, a meno di non volere verificare che le scariche avvengono anche a distanze maggiori di 1 cm dopo 10 secondi di attesa.
—
Aggiornamento 1 agosto 2019, ore 16.58
Molte notizie interessanti sulla sperimentazione:
Collegando la VdG_China a 2 punte una contro l’altra a 5 mm di distanza il tempo di attesa della scarica è circa 7 secondi
Collegando la VdG_China a 2 punte una contro l’altra a 3 mm di distanza il tempo di attesa della scarica è circa 2 secondi
Tale dispositivo è detto “spinterometro”:
https://it.wikipedia.org/wiki/Spinterometro
Molto importante è il fatto che, nelle misure del potenziale raggiunto con la carica del VdG_China, il valore della tensione e della corrente continuerebbe a crescere se non vi fosse un percorso (lo spinterometro) che consente di “limitare la crescita” (di corrente e tensione) grazie alla scarica (anche se vi fosse il partitore resistivo da 10 G Ohm come nello studio in data precedente allo studio attuale: 1 agosto 2019).
Così limitato (3 mm dello spinterometro) il CdG_China raggiunge una tensione max di Vr=0,4 volt sul resistore minore da 1 M Ohm (1E6 Ohm).
Poiché la serie dei partitori vede:
R1=10 E9 Ohm = 10 G Ohm
R2=1 E6 Ohm = 1 M Ohm
la corrente della serie sarà “i” = 0,4 volt/1E6 Ohm= 0,4 E-6 ampere= 0,4 micro ampere
i= 400 milli ampere
Vtot=(R1+R2)*0,4E-6 ampere = circa (10E9)*0,4 E-6=4E3 volt=4k volt
Vtot = 4 k volt = 4 E3 volt = circa 15 kvolt del piccolo circuito cinese già visto.
Naturalmente potremmo elevare ulteriormente la tensione Vtot se non introduciamo il limitatore spinterometro introdotto per limitare le crescita del processo.
Ma poiché un tester ordinario soffre molto a misurare questa prima fase di misura a causa della repentina crescita della tensione, il nostro obiettivo -per ora- è utilizzare un oscilloscopio collegato -però- non alla tensione totale, ma ai capi del resistore da 1 Milione di Ohm dove la tensione max sarà intorno a 0,4 volt.
In tale maniera verificheremo la curva in tensione sia nel processo di carica che nel processo di scarica.
Nello foto seguente il tester indicava 1 volt su resistore piccolo del partitore (in realtà 0,4 volt portando la scala del tester ad un valore minore), e lo spinterometro a 3 mm di distanza delle punte è costituito da due berrette filettate appuntite nel cerchio colore arancio in pvc.
foto link
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Aggiornamento 8 agosto 2019:
Per ragioni che -per ora- NON posso esplicitare la mia sperimentazione è giunta all’esame di un problema classico: la dinamica in tensione e corrente di un circuito RLC, come indicato nella figura qui sopra(*2)
(*2)
Modifica del 7 settembre 2019:
In data attuale ho deciso di mettere in chiaro (quasi tutta) la mia sperimentazione. La ragione della scelta di esaminare un circuito RCL è motivata dal fatto che alcune caratteristiche storiche di un induttore non chiariscono il fatto che un INDUTTORE di tipo solenoide non ha solo caratteristiche di comportamento a “costanti concentrate”! .. ma bensì, si comporta come una elettrocalamita. Perché ci interessa una elettrocalamita? Perché ne vogliamo osservare il comportamento non solo rispetto ad un pezzo di ferro: e quindi verificare l’effetto detto “GUN” e cioé che una elettrocalamita attrae il ferro. Ma l’effetto GUN si riferisce -in particolare- alla sezione del solenoide vuota e quindi a cosa succede al pezzo di ferro che subisca una brusca accelerazione verso l’asse della elettrocalamita. Non darò i dettagli tecnici ma solo le conclusioni per motivi di prudenza. Il pezzo di ferro non solo viene attirato, ma viene anche espulso dal lato opposto a quello con cui entra nel cilindro. Tale ripetizione sperimentale prevede di collegare in modo opportuno l’induttore rispetto al verso di avvitamento del solenoide e prendere precauzioni perché il pezzo di ferro non colpisca ciò che potrebbe essere danneggiato. Tale tipo di sperimentazione -però- ha solo dimostrato una parte dello scopo: Si vuole -infatti- verificare se ANCHE elettroni che sia in una scarica (ad esempio di uno spinterometro) sono cambiabili di percorso da un solenoide che riesca ad attirarli ed espellerli! .. come una sorta di “trappola di Penning di tipo aperto”, anziché chiuso. Nel range da me sperimentato di microampere del flusso di elettroni prodotto da VdG China il flusso è stato modesto, ma un elettroscopio a foglie ha dimostrato la capacità di un solenoide di agire per “catturare” elettroni (quindi cariche negative). Ma ciò può essere esteso anche alla antimateria e quindi realizzando una macchina di Majorana. Si noti che secondo questa modalità non devono esistere 2 poli tra cui la Macchina di Majorana debba operare. Ma la antimateria (come anti_elettroni) sarà proiettata verso un bersaglio esterno al dispositivo. La sintesi tecnologica non è così banale, come ora la ho esposta. Perché la antimateria che colpisse un metallo (anche quello del solenoide, oppure della persona umana) realizza un danno distruttivo, e quindi va “convogliata” prima di essere utilizzata e non aggiungo spiegazioni di come convogliarla. Ma la mia idea è di approfondire i modelli teorici per scopi pacifici di studio, come la “protezione” dei satelliti o delle astronavi da meteoriti. I quali meteoriti possono danneggiare la navigazione nello spazio. Andrà quindi perfezionata la semplicità dello schema di principio del progetto attuale, con accorgimenti di “convogliamento della antimateria”, con metodi elettromagnetici, prima dell’utilizzo in un solenoide, che se sarà un solenoide di tipo moderno .. dovrà riprendere ciò che è già stato trovato nella fisica del tokamak con la compressione di un plasma. Da questi studi si potrà trasformare la meccanica del tokamak non in un crogiolo chiuso, ma nell’utilizzo di un “tokamak_aperto” .. come meccanica di un motore a reazione in cui la combustione ad alte temperature sarà non più affidata ad un contenitore metallico, ma ad un contenitore tokamak modificato ad avere una uscita della combustione con valvole elettromagnetiche che assumano una modalità solenoide per espellere la combustione e ottenere una “spinta” che realizzi il 3 principio della dinamica (in fisica) e cioé il principio di azione e reazione.
Segue trattazione storica, prima delle modifiche in celeste:
Se è vero che è un problema ampiamente trattato (il modello di un circuito RCL) in “letteratura scientifica” non è però trattato in modo “moderno”.
Ecco esplicitato perché ne tengo ora traccia.
Intendo che ..
- espliciteremo le equazioni come si fa di solito
- spiegheremo le ipotesi di transitorio
- spiegheremo come si calcola la soluzione specifica nelle ipotesi di fondazione da un punto di vista analitico.
- realizzeremo un grafico grazie ad un software che ci darà i valori numerici.
- realizzeremo un grafico che disegnerà la curva per visualizzare l’andamento dei valori numerici.
Le ipotesi di fondazione:
Perché l’induttore funzioni, essendo la tensione ai suoi capi
VL=L.d/dt[i(t)]
Si capisce che se la tensione non varia, e quindi la corrente della maglia non varia, l’induttore L non ci servirebbe.
Quindi
ip1:
è caricare il condensatore lasciando la maglia indicata nella figura qui sopra “off”.
ip2:
ora l’idea è di fare scaricare il condensatore sui componenti della maglia.
ip3:
il resistore regolerà il tempo di scarica del condensatore, anche a causa di L.
Se esistesse solo il circuito RC il tempo tau=RC.
ip4:
l’induttore (sarà un solenoide) L cambierà la dinamica della scarica del condensatore ma non la impedirà.
TESI:
Nell’istante iniziale con interruttore off, i(t=0)=0, ma essendo VL=L.d/dt[i(t)], ed inoltre l’induttore realizzato con un filo di rame su un supporto di pvc, con t > 0 la corrente comincerà a scorrere e quindi d/dt[i(t)=/=0.
Si vedrà che la corrente elettrica crescerà t > 0 fino ad un max in corrispondenza del punto di flesso della Vc(t), che è la tensione ai capi del condensatore.
Successivamente anche la corrente di maglia (e anche dell’induttore) diminuirà dal punto di max fino a zero (idealmente per t che tende ad infinito).
Inizieremo la nostra sperimentazione ponendo un condensatore con le seguenti caratteristiche:
Vmax del condensatore = 50 volt
capacità del condensatore =100 microF
resistenza del resistore R = 1 M Ohm = 1 E6 Ohm
potenza max sul resistore p=1 watt
dunque la corrente max nel resistore sarà vmax.imax=1 watt
Essendo vmax=50 volt
imax deve soddisfare la espressione in blu (qui sopra) e quindi dovrà essere inferiore (nella ipotesi di circuito solo RC) ad
i=1/50 ampere = 20 milli ampere = 20 E-3 ampere.
Si noti che considerando L solo un conduttore avremo per la corrente
i’=50 volt/1E6 Ohm=50 E-6 ampere e quindi scegliere come prima prova R=1E6 Ohm è un valore di cautela che la corrente della maglia non sia eccessiva tanto da superare le prestazioni del resistore e fonderlo.
TESI BREVE:
dati R & C ci proponiamo di calcolare quale debba essere il valore di L tale che il circuito non oscilli e abbia una dinamica di decrescita monotona senza oscillazioni.
—
DIMOSTRAZIONE:
—
Possiamo vedere la maglia del circuito RCL come segue:
(1) Vg(t) = Vr(t) + VL(t) + Vc(t)
dove
Vg(t)=0
(poiché il condensatore è già carico e Vg è l’interruttore con circuito “on” per t>0)
Vr(t)=R.i(t)
VL(t)=L.d/dt[i(t)]
Vc(t)=Q/C
Riscrivo la (1) dopo le sostituzioni:
(2) 0 = R.i(t) + L.d/dt[i(t)] + Q/C
eseguo una derivata rispetto al tempo:
(3) 0 = L.(d/dt)(d/dt)[i(t)] + R.d/dt[i(t)] + (1/C).d/dt[Q(t)]
(4) essendo d/dt[Q(t)] = i(t)
la (3) diviene la seguente:
(4) 0 = L.(d/dt)(d/dt)[i(t)] + R.d/dt[i(t)] + (1/C).i(t)
e cioé una equazione differenziale del secondo ordine.
La soluzione generale di una tale equazione si può trovare in molti modi e noi sceglieremo il metodo di Laplace.
Spostandoci nel campo simbolico:
L. s^2.i(s) + R.s.i(s) + (1/C).i(s) consente di esplicitare la equazione detta caratteristica:
(5) L.s^2 + R.s + (1/C) = 0
che ci darà le soluzioni nel tempo:
(6) i(t) = A1.exp (k1.t) + A2.exp (k2.t)
La dimostrazione di ciò è nella forma più generale in cui la equazione è
L. s^2.i(s) + R.s.i(s) + (1/C).i(s) = B.u(s)
dove u(s) è la trasformata di Laplace del generatore (ed in generale degli input ad un sistema) .. allora ..
i(s)[L.s^2+R.s+(1/C)]=B.u(s)
i(s)/u(s)=w(s)= 1/[L.s^2+R.s+(1/C)]
e risolvendo gli integrali di antitrasformata di Laplace (oppure con altri metodi come lo studio degli autovettori) si trova la corrispondenza tra gli esponenti degli esponenziali della forma (6) con le radici della equazione caratteristica.
dette k1 & k2 le soluzioni della equazione caratteristica nel campo simbolico di Laplace (vedi la (5)) esse sono
(7) k1, k2 = {-R +/- sqrt [R^2 -4(L/C)]}/{2L}
sostituendo la (6) nella (3) (tenendo conto della (7)) otteniamo la seguente:
(8)
Vc(t) = -R.i – L.d/dt[i] =
Vc(t) = -A1.(R + L.k1). exp(k1.t) -A2.(R+L.k2).exp(k2.t)
Il caso che a noi interessa è un caso limite in cui deve essere:
R^2 – 4(L/C) > 0; che può anche essere scritto:
R = 2.sqrt [L/C]
Poiché conosciamo per averle imposte (vedi ipotesi di fondazione sopra)
sia R che C, Lmax soddisfa la equazione
R^2 – 4(L/C)=0; oppure ..
4(L/C)=R^2
Lmax=(1/4).C.R^2
Da cui dovremo scegliere
L < Lmax
Tuttavia essendo VL(t) = L.d/dt[i(t)]
.. si capisce maggiore è la corrente e maggiore è l’azione dell’induttore.
.. quindi il caso ottimale affinché l’induttore abbia “forza” di azione è aumentare L, ma non fargli superare Lmax affinché non crei oscillazione della forza del campo B associato all’induttore.
(prossimamente aggiungeremo il software perché il calcolo dei valori del grafico sia automatico, e anche il plot senza indicare i valori ma solo l’andamento ..)
—
Prima dei grafici del circuito suddetto esaminiamo la situazione del circuito già esaminato privato dal condensatore ..
(si veda ad esempio Daniele Sette Vol. 3 Lezioni di fisica pagina 416)
(a) Vg(t) = Vr(t) + VL(t)
Nel caso attuale Vg(t) sarà una batteria che darà il valore Vg(t)=Vo quando t > 0
(b) Vo = R.i(t) + L.d/dt[i(t)]; separando le variabili ..
(c) L.d[i(t)] = (Vo-R.i).dt
(d) ∫{d[i]/[Vo-R.i]} = t/L = -(1/R).ln[Vo-R.i]; “ln” è il logaritmo naturale
L’integrale è stato risolto con le sostituzioni:
Vo-R.i= x; -R.di=dx
dunque
∫{d[i]/[x]} = -(1/R).∫dx/x = -(1/R).ln(x) = (1/L).t
ln(x)=-(R/L).t
x = exp[(-R/L).t]
x = Vo-Ri e quindi avremo ..
(e) Vo-R.i=cost.exp[-(R/L).t]
dalle condizioni di Cauchy .. possiamo trovare cost=Vo/R
da cui tau=L/R
(f) i(t) = (Vo/R).[ 1-exp (-R/L).t]
If volessimo imporre tau1=tau condensatore=RC
& tau2=tau dell’induttore siano lo stesso valore
essendo tau1=(1E6).(100E-6)=100 sec (120 sec sono 2 minuti)
dovremmo avere ..
L/R=100 -> L=100.R=100.1E6=0.1E9 Henry=100E6 Henry
Vediamo se è compatibile con la specifica che abbiamo già trovato:
Lmax=(1/4).C.R^2=(0,25)(100E-6)(1E6)^2=(0,25)(100E-6)(1E12)=25E6 Henry.
Dunque se ponessimo L=100E6 henry il circuito oscillerebbe.
Quindi per dare forza al campo B del solenoide, si può aumentare L fino ai vicoli ora esaminati.
Tuttavia si può agire anche impostando un valore maggiore della carica iniziale del condensatore, e diminuendo il valore del resistore affinché la corrente sia maggiore.
Però se la corrente è troppo alta può superare le caratteristiche di tensione max applicabile al resistore, e potrebbe anche forare l’isolamento del solenoide .. in specie se la sezione del filo del solenoide è troppo piccola per una corrente che va crescendo di valore.
Se la forza del solenoide si rivelerà insufficiente per la nostra sperimentazione, nel generare un campo B, allora, andrà acquistato un conduttore per realizzare un solenoide di caratteristiche adeguate al campo B per gli scopi che ci prefiggiamo.
—
Aggiornamento del 9 agosto 2019
scrivo il software, in php, per simulare dal punto di vista numerico il circuito RCL:
Nel seguito non metto le parentesi acute perché altrimenti sarebbero tagliate dalla rappresentazione sul blog:
html
head
title .. /title
/head
body
?php
$L=10;
$C=100E-6;
$R=1E6;
$delta=($R*$R -4*($L/$C));
$k1=(-$R +sqrt($delta))/(2*$L);
$k2=(-$R -sqrt($delta))/(2*$L);
//calcolo delle condizioni di Cauchy
//essendo i(t)= A1*exp(k1*t) + A2*exp(k2*t)
// in t=0 i(0)=A1+A2=0 -> A1=-A2
//con k1, k2 valori minori di zero i(oo)=0
//da cui A1+A2=0 A1=-A2 e quindi serve una altra equazione per determinare A1, A2.
//prendiamo la Vc(t)
//dalla (8) della discussione precedente era ..
//Vc(t) = -A1.(R + L.k1). exp(k1.t) -A2.(R+L.k2).exp(k2.t)
//Vc(t=0)=-A1.(R + L.k1) – A2(R + L.k2)=Vo
//sostituisco A1=-A2, in t=t0=0
//Vo=A2.(R + L.k1) – A2(R + L.k2)
//A2[(R + L.k1) – (R + L.k2)]=Vo
//A2=Vo/[(R + L.k1) – (R + L.k2)]
//da questo calcolo abbiamo sia A1, che A2!
$Vo = 40;
//in questo esempio la tensione del condensatore è caricata a 40 volt ..
//poiché 50 volt è ..
//il max del condensatore che utilizzeremo nella prima sperimentazione ..
$A2=($Vo)/(($R + $L*$k1) – ($R + $L*$k2));
$A1=-$A2;
$tmax=5000;
$c=1E-6; //misuro i micro secondi
for ( $d=0; $d <= $dmax; $d++)
{
//”d”(nel seguito) è ad indicare un delta di incremento di tipo contatore
//”c”(nel seguito) è una costante di cambio di scala
$t=$c*$d
//f1
$i= $A1*exp($k1*$t) + $A2*exp($k2*$t)
//f2
$Vc=(-$A1*($R + $L*$k1))*(exp($k1*$t)) – ($A2*($R + $L*$k2))*(exp($k2*$t));
//aggiornamento del clock è automatico
//fase di stampa
echo “*********”.” br /; //aggiungere le parentesi
echo “t=$t”.” br /;
echo “i(t)=$i”.” br /;
echo “Vc(t)=$Vc”.” br /;
}
?
/body
/html
Commento:
Il software precedente non lo ho ancora messo su un computer per verificare se funziona. Negli aggiornamenti successivi lo implementerò e aggiungerò sia i dati di output che eventuali correzioni e/o aggiornamenti della versione più “assestata”.
—
Aggiornamento 17 agosto 2019:
il software ha subito alcune modifiche per ottimizzarlo ..
vedere qui di seguito la versione 16.08.2019
—
Come si potrà verificare vi sono delle modifiche rispetto alla versione precedente del software.
Le modifiche sono state necessarie per parametricizzare il tempo in modo indiretto rispetto ad un contatore che procede sui numeri naturali.
Un’altra osservazione interessante è che ora inizializzando L, R, C, e la scala temporale, oltre che la carica iniziale del condensatore, Vo, si possono fare dei test di come è l’andamento delle 2 curve:
- la prima curva è i(t) che è la corrente della maglia.
- la seconda curva è Vc(t) che è la tensione ai campi del condensatore e che inizialmente vede Vc(t=0)=Vo.
Si noti inoltre che la corrente va considerata in modulo nella figura seguente, poiché -secondo le convenzioni ufficiali- la i(t) inizia e finisce come una corrente di valore negativo. Oppure cambiata di segno nel caso oscillante: fonte Daniele Sette, Lezioni di fisica, Volume III, pagina 564, 565:
foto link
—
Per un plotter grafico:
https://it.numberempire.com/graphingcalculator.php
Realizziamo un caso particolare:
Sia
R= 500 Ohm
L=0.1E-3 Henry
C=0.01E-6 Faraday
dalla (155) di Daniele Sette pag. 562:
(155) i(t)= A1.exp(k1.t) + A2.exp(k2.t)
dove dalla 154:
k1=[-R+sqrt(R^2-4.L/C)]/(2.L)
k2=[-R-sqrt(R^2-4.L/C)]/(2.L)
k1= -208712.15252208
k2= -4791287.8474779
Per calcolare A1 & A2: A1=-A2
dalla 156, Daniele Sette, pagina 562:
(156)=Vc(t) = -A1.(R + L.k1). exp(k1.t) -A2.(R+L.k2).exp(k2.t)
imponendo Vc(0)=Vo=-A1.(R + L.k1) -A2.(R+L.k2)
Vc(0)=Vo=+A2.(R + L.k1) -A2.(R+L.k2)=A2.[(R + L.k1) -(R+L.k2)]
A2=Vo/[(R + L.k1) -(R+L.k2)]=50 Volt/[(500 +(0.1E-3).k1) -(500+(0.1E-3).k2)]
A2=50 Volt/[(500 +(0.1E-3).(-208712.15252208) -(500+(0.1E-3).(-4791287.8474779)]
A2=50 Volt/[(500 +(0.1E-3).(-208712.15252208) -(500+(0.1E-3).(-4791287.8474779)]
A2=50 volt/458.257569495582=0.109108945117995
Grafichiamo
i(t)=A1.exp(k1.t) + A2.exp(k2.t)
i(t)=-(0.1).exp(-208 712.t) + (0.1).exp(-4 791 287.t)
_Daniele_Sette.jpg)
Dal software si trova che il max della corrente si raggiunge a
i(t=6.8E-7 sec)=-90.4758 milli Ampere=-0.0904758 Ampere
Dunque un transitorio molto breve del tipo 0.7 E-6 secondi=0.7 micro sec
(più precisamente la corrente cambia di pendenza tra d=68 & d=69 counter come si vede nel seguito).
come confermato sulla figura di Daniele Sette che ripeto (dove però la corrente è scritta positiva, mentre -in realtà- è negativa):
foto link
Metto, qui di seguito, le modifiche al software (modifiche di Cauchy, ovvero delle inizializzazioni su R,L,C come in figura 23. a:
Anzitutto il max in modulo della i(t) come output del software:
foto link
Una cosa molto importante da notare:
VL=L.d/dt[i(t)]
Poiché la corrente cambia di pendenza (ovvero la derivata di i(t) passa da una pendenza positiva, ad una pendenza negativa, quando attraversa il max di i(t))
allora ..
VL > 0 dall’istante t=0 fino a t=6.8E-7 sec (d=68 come counter)
VL < 0 dopo d=68
Si noti che la corrente di maglia non cambia di verso!
Ma cambia di segno la tensione VL!
Tale comportamento di L corrisponde a come se fosse stato un componente “passivo” fino al suo max di corrente, e quindi dopo tale max non fosse un componente “passivo”.
Si noti ancora che sia la tensione Vc che la tensione Vr decrescono anche dopo il max della i(t).
Ma la opposizione di VL consente al condensatore di scaricarsi più velocemente che se fosse stato presente solo il resistore.
Oltre che averlo sperimentato con tau=RC si può constare dal confronto della curva RC e la curva RCL: la curva RCL nel punto di max della corrente -infatti- ha un punto di flesso. E l’andamento della curva Vc(t) tende a diminuire con maggiore velocità nel tempo.
—
Nel grafico seguente:
- la curva gialla è la scarica di una maglia con RC a partire dal condensatore carico a 50Volt.
- la curva blu è la scarica di una maglia con RCL a partire dal condensatore carico a 50 volt.
Come si vede “l’effetto” di avere introdotto un induttore L ha realizzato una maggiore velocità della scarica del condensatore.
Inoltre nel grafico già mostrato in ultimo qui sopra si vede l’andamento della corrente di maglia i(t) che ha un andamento “one shot”(trad: un colpo), ovvero concentrato.
+Vc2(t).jpg)
—
Ora il software che ha originato l’output qui sopra in riferimento alla maglia RCL:
parte 1 del software:
foto link
parte seconda del software:
foto link
—
è arrivato il misuratore di induttanze ordinato il 4 agosto 2019, e pervenuto il 12 agosto 2019 dalla Germania: costo 65,98 euro
foto link
foto link
Con tale strumentazione si potranno costruire delle induttanza anche artigianali e verificare il comportamento della corrente elettrica.
—
Aggiornamento 13 agosto 2019, ore 12.27
Grazie al tester di L (induttanza) sopra indicato ci proponiamo una misura.
In particolare useremo come solenoide una parte del circuito di Tesla che abbiamo visto all’inizio della pagina attuale.
Metto la figura del circuito di Tesla nella foto seguente per comodità di lettura:
Il “solenoide” è -dunque- un cilindro di pvc (materiale isolante) con avvolto sopra un filo di rame che si vede a sinistra nella foto qui sopra.
Il primo problema da risolvere è una questione apparentemente marginale, ma che -se non risolta- impedisce la misura ai capi del solenoide: infatti tutto il filo del solenoide ha una sezione il cui diametro è inferiore ad 1 mm, e cioè circa 1/4 mm.
Come si accede al rame nudo?
Infatti se non si accede al rame nudo è impossibile una misura.
Si potrebbe dire:
—
(1)
“uso una lametta (o carta abrasiva) per togliere la vernice”!
risposta:
risultato? si spezza il cavo se la pressione è eccessiva ed in ogni caso si pulisce solo parzialmente la superficie. (L’ho provato ma non si è certi di avere rimosso l’isolante dove poi andremo a saldare).
—
(2)
“uso un acido dato a pennello”!
risposta:
Per sapere che tipo di acido bisognerebbe sapere il tipo di vernice. Quanto tempo c’è da attendere?
poco convincente.(qualcuno lo ha fatto, ma usare acidi ad alta corrosività è molto rischioso, proteggersi nelle mani e negli occhi, non si hanno tempi certi).
—
(3)
“liquefo la vernice usando un accendino”!
risposta:
esatto! metto in filo in orizzontale e da sotto accendo un accendino!
Io ho contato fino a 10 secondi e poi gli ho dato una rotazione di 90°
Ho ripetuto la fiamma da sotto per 4 volte di modo che la fiamma ha investito direttamente tutto l’angolo giro.
Poi ho saldato un conduttore di sezione maggiore su un pezzo di rame a foglio (ottenibile da un “capocorda” e cioé le lamine che si usano per i fili di rame da introdurre nei morsetti)
Infine sullo stesso minifoglio ho saldato il filo del conduttore solenoide che ora denuncia la sua compatibilità elettrica immergendosi nel rame con facilità.
Ecco la foto del solenoide modificato:
foto link
Dunque L=0.007=7E-3 Henry (0.00655 esattamente cercando su una scala più vicina al valore vero che si testa prima su scale maggiori).
Ora è da realizzare uno studio di funzione con tale valore in una maglia RCL per vedere il tipo di andamento.
Dalla sperimentazione già eseguita sappiamo però che L influisce poco sulla corrente max della maglia risultando circa la metà del valore imposto come corrente max dall’istante iniziale, quando Vc(t)=Vo, considerando L solo un filo di rame, e cioé non esistente.
Il valore “atteso” nella maglia, ma senza L, è circa i(t)=Vo/R = 40 volt/1E6 Ohm, ad esempio.
i=Vo/R=40E-6 ampere e quindi 40 micro ampere, da cui possiamo usare un filo di sezione ridotta senza che il filo si fonda (o meglio fonda l’isolamento del solenoide tra un filo e il successivo in un avvolgimento solenoidale) per eccesso di corrente elettrica.
Come già visto il max della corrente sarà ancora inferiore: e circa la metà di Vo/R.
L, però, influisce MOLTO sul valore che crea la oscillazione del circuito!
Tale valore limite è
delta=R^2-4*(L/C) che deve essere “delta > 0” (la quantità sotto radice delle soluzioni non diviene immaginaria e non assume forma ondulatoria).
—
Il transitorio di un circuito solo RC vede
tau1=R*C=(1E6)*(100E-6)=100 sec =circa 2 minuti
—
Il transitorio di un circuito solo RL vede
tau2=L/R=(7E-3)/(1E6)=7E-9 secondi
—
Quindi l’induttore, se vale 0.007 (come l’agente segreto..), è molto più svelto ad andare al suo max .. di quanto sia svelto il transitorio RC a esaurirsi.
—
La condizione di oscillazione:
R^2 > 4*(L/C) vede
(1E6)*(1E6) > 4*(0.007/100E-6)=4*7E+3=28E3
Quindi è ampiamente verificato che non oscilla grazie ad R molto grande in confronto alla relazione.
—
Se diminuiamo R ciò è ancora possibile senza introdurre oscillazioni, ma si genera una corrente maggiore che potrebbe mettere a rischio l’isolamento del solenoide.
Come prima sperimentazione “cautelativa” sarà -allora- da confermare
R= 1E6 Ohm
condensatore con C=50 volt max (caricato fino a 40 volt)
L=0.007 Henry
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Queste stime ci consentiranno di verificare i dettagli grazie al software e poi la sperimentazione sulla componentistica hardware ..
—
7 settembre 2019, ore 15,39:
Equazioni di Maxwell nella forma DUALE: dimostrazione matematica e fisica senza dipoli magnetici
Dalla sperimentazione di cui abbiamo trattato, abbiamo visto -finora-
- le implicazioni sulla teoria del della fisica sub atomica detto “modello standard”
- la teoria dello spin con 3 informazioni (il modello standard prevede 2 informazioni)
- come produrre antimateria a basso costo
- come utilizzare la teoria del tokamak per i motori a reazione
- come realizzare una macchina di Majorana
- ed ora le implicazioni sulle equazioni di Maxwell che ne forniscono una versione estesa che chiameremo duale (alcuni, erronenamente, la associano alla teoria dei monopoli magnetici).
—
Anzitutto, esplicitiamo quale sia la “forma duale”.
La formula duale è citata anche su wikipedia ma è associata alla possibilità della esistenza dei monopoli magnetici.
Ci stiamo riferendo al link seguente:
https://it.wikipedia.org/wiki/Equazioni_di_Maxwell
In particolare stiamo esaminando la seguente rappresentazione:
—
NON tutti sanno che la legge di Maxwell citata per ultima nella tabella precedente aveva originariamente una forma diversa:
Era
∇ x H = rotore di H = ∂/∂t [D]
dunque non vi era nessuna corrente (o meglio densità di corrente) detta J(di E)
Quindi la variazione di un campo D=eps.E rispetto al tempo si manifestava solo in un rotore di H, dove B=mu0.H
Ciò -fisicamente- significava che in presenza di un “campo elettrico variabile nel tempo” portava come conseguenza la sola generazione di un campo B, di un campo di “induzione magnetica”. In dettaglio una densità di carica, sia ρ, dava una divergenza
∇ . D = ρ
ma ciò raccontava che le cariche erano ferme, non erano in moto.
Delle cariche elettriche ferme sono studiate nella elettrostatica e inducono solo una influenza statica in un elettroscopio a foglie.
Quindi se delle cariche elettriche, come gli elettroni, non sono messe in moto non producono una corrente, ma se sono messe in moto non solo producono una corrente in un filo di rame, ma sono anche in grado di attrarre un altro conduttore in cui vi sia una corrente, oppure un flusso di elettroni che esce da una raggio catodico.
La causa era allora ∂/∂t [D] e l’effetto era ∇ x H.
Tuttavia Ampere si accorse che nel caso di esaminare un condensatore la situazione non presentava -esaminata dentro un condensatore- un moto esplicito di cariche elettriche!
Bensì la propagazione avveniva ugualmente, ma non per il mezzo di cariche esplicite, ma per una pseudo_corrente (propagazione senza cariche massive) descrivibile dalla causa ∂/∂t [D] che non generava solo un campo magnetico, ma ANCHE questa pseudo corrente.
Per cui -a volte- si trova scritto:
∂/∂t [D] = J
Come se il campo elettrico creasse solo la corrente J detta di spostamento.
Ma -in realtà- il campo elettrico crea come conseguenza (quando è variabile nel tempo) sia un campo magnetico, e ANCHE una corrente non massiva, ma elettromagnetica (ad esempio nel condensatore) che spiega come mai vi è la continuità del trasferimento di energia ed è rispettato il principio di causa ed effetto anche quando non si trasferiscono elettroni, dotati di massa.
Wikipedia riporta questo “continuità del campo elettrico” nel link:
https://it.wikipedia.org/wiki/Equazioni_di_Maxwell
Quindi la equazione:
∇ x H – ∂/∂t [D] = J_E
E’ una equazione che non solo è ufficiale, ma è confermata dalla fisica della sperimentazione associata.
—
VICEVERSA scrivere -finora-
∇ x E + ∂/∂t [B] = 0
era la sola equazione di Maxwell ritenuta “vera”.
Ovvero se cambiavamo -nel tempo- un campo B, ad esempio quello prodotto da una calamita, l’unico effetto misurabile sarebbe stato di verificare che si produce un campo elettrico.
La esperienza è riportata nel link seguente:
E ci stiamo riferendo al primo esercizio citato e cioé a quello della figura che segue:
Nell’esempio citato la causa era ∂/∂t [B], e ne seguiva l’effetto di generare un campo elettrico ai capi di una bobina.
Senza la variazione nel tempo e nello spazio di B alla bobina non sarebbe stato indotto un campo elettrico -si noti bene per induzione elettromagnetica- e non avremmo avuto elettroni in movimento nella bobina.
“Elettroni in movimento nella bobina” significa corrente elettrica. La corrente elettrica letta sull’amperometro.
Da dove nasce allora la forma duale anche citata da wikipedia che ha la forma seguente?
∇ x E + ∂/∂t [B] = -J_H
Si rinviava a una ipotesi di esistenza di dipoli magnetici, che però non esistono in natura poiché spezzando una calamita si ottengono sia il nord che il sud a ogni frammento.
Abbiamo anche citato nelle note in colore celeste la ipotesi di Le Scienze che teorizza l’isolamento di dipoli magnetici, e abbiamo già detto perché è errata: per la semplice ragione che è la corrente elettrica a creare il magnetismo e quando c’è una corrente elettrica c’è una dislocazione spazio temporale che anche in un singolo atomo non nasce da un concetto di atomo puntiforme, ma di corrente elettronica attorno a un protone.
—
Perché -allora- nella J_E si citava una corrente fittizia che consentiva la continuità elettrica del circuito anche nel caso di un condensatore? .. e qui -nel caso dell’induttore- non si cita nella J_H una corrente fittizia creata dalla variabilità del moto della calamita?
Perché normalmente in un circuito a costanti concentrate il comportamento di un induttore è descritto dalla tensione VL=L.d/dt[i(t)].
Cioé non si esamina il comportamento dell’induttore come “elettrocalamita”.
Inoltre nello studio di una elettrocalamita, ci esamina come attivare la elettricità affinché sia prodotto un campo magnetico di attrazione. Ma raramente si esaminano le strane dinamiche del tipo di attrazione in una calamita che si avvicina ad un’altra calamita!
Vi è forse passaggio di cariche elettriche nell’induzione magnetica?
Vi sono -forse- correnti di elettroni che possono dirsi magnetiche?
NO, si devono esaminare 2 casi:
- caso: un induttore è in un circuito RCL, caso classico.
- caso: un induttore è in un circuito RCL, dove l’induttore sia un solenoide che estrinseca la sua azione non solo sull’avvolgimento ad elica, ma anche su una ipotetica corrente di elettroni che potrebbe circolare sul proprio asse solenoide, se il campo magnetico creato dal solenoide non si esaurisse in modo classico.
Rispetto all’esecizio visto su Zanichelli, nella nostra ipotesi di studio il solenoide non risente la azione di una calamita, ma la azione di una maglia RCL.
Dico maglia RCL, poiché il codensatore viene prima caricato senza essere collegato ad altro.
Poi il condensatore si scarica sulla maglia.
La corrente di maglia è dissipativa sul resistore genera una corrente variabile nel solenoide.
La corrente variabile produrrà un
∂/∂t [B] =/=0
Siamo sicuri che tale campo B=B(t) sia il solo effetto prodotto come
∇ x E
ovvero come campo elettrico ai capi del solenoide?
—
Già nell’esercizio Zanichelli vi era -in aria- una corrente fittizia J_H e cioé generata dalla movimentazione della calamita che non abbiamo voluto chiamare J_H.
Tale corrente fittizia J_H (che sarebbe da chiamare alterazione del campo elettromagnetico con cariche non massive: quindi un campo elettromagnetico che collega le strutture), non la abbiamo investigata perché ci interessava solo esaminare che nel solenoide scorreva corrente elettrica di elettroni (cariche massive).
Ma se esiste una corrente massiva dentro il solenoide creata dall’avere attratto elettroni (sul suo cilindro cavo) e quindi avere creato una corrente _fisica_ massiva come prelevati dalla scarica elettrica di uno spinterometro alimentato da un circuito di VdG, vogliamo dire che tale corrente aggiuntiva NON esiste?
Evidentemente, invece, come si può dimostrare fisicamente con l’effetto GUN già esaminato in precedenza -> esiste. Cioé J_H esiste: creata dalla grande variazione di una scarica di un condensatore che nel mio caso era alla tensione di 300 Volt all’inizio della scarica.
La variazione della scarica -infatti- oltre che produrre una grande variazione di B(t) genera una
∂/∂t [B] =/=0
Tale variazione di B oltre che agire sul circuito a costanti concentrate, agisce anche nella parte di circuito a costanti distribuite creando un risucchio di cariche elettriche in cui una parte di B può agire come gorgo se il solenoide è posto in prossimità ad elettroni di uno spinterometro.
Dunque B non genera solo una variazione di campo elettrico, ma -in presenza di cariche elettriche di un processo autonomo (nel nostro caso uno spinterometro)- crea ANCHE una corrente di elettroni J_H che non è fittizia ma reale e che non vi sarebbe stata secondo l’asse del solenoide se il solenoide non avesse alterato un flusso di cariche che non andava verso il solenoide, ma con l’asse de il solenoide a 90° rispetto alla corrente prelevata dal gorgo creato dal solenoide:
∇ x E + ∂/∂t [B] = J_H
Tuttavia J_H esiste anche nella esperienza di Zanicelli, laddove non si trascuri la continuità elettrica di tutti gli enti: sia la calamita in movimento e sia la bobina.
cvd.
—
Le Trappole di Penning-Malmberg:
data di prima pubblicazione:
20 settembre 2019, ore 13.43
—
Abbiamo visto, nella nostra sperimentazione che:
- elettrone & antielettrone hanno carica opposta
- non è vero che abbiano lo stesso spin come segno, ma solo come modulo
- il punto 2 (precedente) è la causa _fisica_ della carica opposta
Ci vogliamo -allora- chiedere se è vero che un antielettrone si comporta come una carica di segno opposto all’elettrone in base alle risultanze sperimentali.
Naturalmente mentre un flusso di elettroni è presente nella comune corrente elettrica, o in un plasma tra due elettrodi di uno spinterometro alimentato per esempio da un Van de Graaff generatore, non è facile avere disponibilità di antimateria (anti_elettroni).
Tuttavia la nostra sperimentazione ha mostrato che pochi antielettroni si ottengono interponendo un foglio di oro a 24 carati (pressoché puro al 100%) al flusso di un plasma dello spinterometro come dalla sperimentazione precedente.
Oltre che va ricordato che questa sperimentazione produce nell’urto di materia ed antimateria raggi gamma e quindi i raggi gamma vanno schermati, onde non danneggiare organismi viventi, ci vogliamo interessare se esistono già in letteratura dei metodi di manipolazione della antimateria per valutarne il comportamento ai campi elettri e magnetici.
Dal seguente link su wikipedia (in lingua inglese):
https://en.wikipedia.org/wiki/Penning_trap
Troviamo un link più di dettaglio:
“Penning Trap | ALPHA Experiment”. alpha.web.cern.ch. Retrieved 5 March 2019.
e cioé:
http://alpha.web.cern.ch/penningtrap
salvo la pagina per poi commentarla:
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cit on
++
Penning Trap
It is a basic and unavoidable fact in the antimatter business that in order to produce antihydrogen, antiprotons and positrons must be mixed. So, ALPHA must have the ability to confine and manipulate charged plasmas with reasonable efficiency and at cryogenic temperatures to boot!
traduzione:
È un fatto fondamentale e inevitabile nel settore dell’antimateria che per produrre antiidrogeno, antiprotoni e positroni debbano essere miscelati. Quindi, ALPHA deve avere la capacità di confinare e manipolare i plasma caricati con ragionevole efficienza e a temperature criogeniche per l’avvio!
Commento:
Ciò porta che la figura di wikipedia seguente:
NON è rappresentata la parte fisica che genera il campo B, mentre è rappresentata la parte fisica che genera il campo E.
Quindi è vero che si può collegare un anello di rame a potenziale V+ e aspettarsi un flusso di elettroni che si spostino verso V-.
Ma c’è un equivoco: il flusso indicato in figura con la linea verde non sono elettroni!
Infatti secondo la convenzione standard: una tensione V+ respinge una carica “+” e la confina assialmente. Quindi si sta ipotizzando che assialmente vi siano “anti_elettroni” secondo un input (ad esempio da sinistra a destra) e “anti_protoni” secondo un diverso input al “tubo” (ad esempio da destra a sinistra).
Quindi la funzione della forma cilindrica è creare un confinamento per campi elettrici. Ma come detto esplicitamente nel resto dell’articolo “il confinamento” non sarà solo elettrostatico, ma anche più complessivamente magneto elettrico.
Vedremo nel seguito maggiori dettagli ..
This is accomplished in ALPHA through the use of Penning traps, a type of trap commonly used in plasma physics experiments to confine chargedplasmas. Charge is in fact the difference, and indeed the dilemma faced when attempting to trap antihydrogen. Because antihydrogen is neutral, it cannot be held in a traditional Penning trap. This is where ALPHA’s unique magnetic trap comes in.
È un fatto fondamentale e inevitabile nel settore dell’antimateria che per produrre antiidrogeno, antiprotoni e positroni debbano essere miscelati. Quindi, ALPHA deve avere la capacità di confinare e manipolare i plasma caricati con ragionevole efficienza e a temperature criogeniche per l’avvio!
As for positron, antiproton and electron plasmas: a Penning trap will certainly do the trick. In a Penning trap, charged plasmas are confined in a superposition of magnetic and electric fields.
Per quanto riguarda i plasmi di positroni, antiprotoni ed elettroni: una trappola Penning farà sicuramente il trucco. In una trappola di Penning, i plasmi carichi sono confinati in una sovrapposizione di campi magnetici ed elettrici.
Plasmas in a Penning trap are axially confined by quadratic electric potentials. In a perfect Penning trap, the potentials are produced by the application of voltages to equipotential surfaces shaped like hyperboloids of rotation. Radial, or transverse, confinement of particles in the trap is provided by a solenoidal magnetic field applied along the trap axis. Charged particles in the trap travel in the direction of the magnetic field lines and hence cannot escape outwards, or perpendicular to the field.
I plasma in una trappola di Penning sono confinati assialmente da potenziali elettrici quadratici. In una trappola di Penning perfetta, i potenziali sono prodotti dall’applicazione di tensioni a superfici equipotenziali a forma di iperboloidi di rotazione. Il confinamento radiale o trasversale di particelle nella trappola è fornito da un campo magnetico solenoidale applicato lungo l’asse della trappola. Le particelle cariche nella trappola viaggiano nella direzione delle linee del campo magnetico e quindi non possono fuoriuscire verso l’esterno o perpendicolari al campo.
ALPHA uses a Penning trap variation called a Penning–Malmberg trap. The difference is that the electric potentials in a Penning–Malmberg trap are not perfectly quadratic. The potentials in ALPHA are produced by the application of DC voltages to a stack of hollow cylindrical electrodes, as opposed to hyperboidal. It’s true that quadratic potentials would allow for a more straightforward analytical interpretation of particle motion in the trap. However, the Penning–Malmberg scheme in ALPHA is actually extremely effective in confining particles in sufficiently well shaped (if not perfectly quadratic) and is much more technically feasible.
ALPHA utilizza una variante della trappola di Penning chiamata trappola di Penning-Malmberg. La differenza è che i potenziali elettrici in una trappola di Penning-Malmberg non sono perfettamente quadratici. I potenziali in ALPHA sono prodotti dall’applicazione di tensioni CC a una pila di elettrodi cilindrici cavi, al contrario di iperboidali. È vero che i potenziali quadratici consentirebbero un’interpretazione analitica più semplice del movimento delle particelle nella trappola. Tuttavia, lo schema di Penning-Malmberg in ALPHA è in realtà estremamente efficace nel limitare le particelle in una forma sufficientemente ben formata (se non perfettamente quadratica) ed è molto più tecnicamente fattibile.
Figure 1. An illustration of a typical Penning Malmberg trap. Voltages are applied to the two outer electrodes, forming a potential well.
(Figure from Charlton et. al, “Antihydrogen for precision tests in Physics” 2008.)
In the trap, particles are subjected to the Lorenz force. The Lorenz force deflects particles perpendicular to the magnetic field, causing them to spiral around magnetic field lines. The spiraling particles are also accelerating, and hence emitting radiation. This effect is called cyclotron radiation. Cyclotron radiation is important in ALPHA because the emission of radiation corresponds to the cooling of the particles themselves. For positrons and electrons, this effect works fantastically: cyclotron radiation effectively cools the particles in a matter of seconds. Antiprotons, however, are far more massive. It would take antiprotons over 300 years of sitting in a 1 Tesla magnetic field to cool through cyclotron radiation alone! Needless to say, waiting so long is out of the question. Instead, ALPHA uses several additional tricks to bring antiprotons down to temperatures suitable for antihydrogen formation.
Nella trappola, le particelle sono sottoposte alla forza di Lorenz. La forza di Lorenz devia le particelle perpendicolari al campo magnetico, provocandone la spirale attorno alle linee del campo magnetico. Anche le particelle a spirale accelerano e quindi emettono radiazioni. Questo effetto è chiamato radiazione ciclotronica. La radiazione di ciclotrone è importante in ALPHA perché l’emissione di radiazione corrisponde al raffreddamento delle particelle stesse. Per positroni ed elettroni, questo effetto funziona in modo fantastico: la radiazione ciclotronica raffredda efficacemente le particelle in pochi secondi. Gli antiprotoni, tuttavia, sono molto più massicci. Ci vorranno più di 300 anni di antiprotoni seduti in un campo magnetico da 1 Tesla per raffreddare la sola radiazione ciclotronica! Inutile dire che aspettare così tanto è fuori discussione. Invece, ALPHA utilizza diversi trucchi aggiuntivi per portare gli antiprotoni a temperature adatte alla formazione di antiidrogeno.
The ALPHA electrode stack is comprised of 35 electrodes. Made from aluminum and plated with gold, the electrodes are 36.6mm to 44.6mm in diameter and have varying lengths. The trap electrodes are mounted inside of a vacuum chamber surrounded by a liquid helium cryostat. Because they are individually wired and insulated from one another, the voltage applied to each electrode can be controlled. This allows the shape of the potentials inside of the trap to be known precisely.
La pila di elettrodi ALPHA è composta da 35 elettrodi. Realizzati in alluminio e placcati in oro, gli elettrodi hanno un diametro da 36,6 mm a 44,6 mm e hanno lunghezze variabili. Gli elettrodi della trappola sono montati all’interno di una camera a vuoto circondata da un criostato di elio liquido. Poiché sono cablati singolarmente e isolati l’uno dall’altro, è possibile controllare la tensione applicata a ciascun elettrodo. Ciò consente di conoscere con precisione la forma dei potenziali all’interno della trappola.
Figure 2. A schematic of the ALPHA trap electrodes.
Figure 3. A Photo of the edge of the electrode stack
Three of these electrodes are outfitted for high voltage and are used in the capture of antiprotons and positrons. Additionally, two electrodes are azimuthally segmented. A sinusoidal voltage can be applied to each segment, where each voltage is phase shifted from the voltage applied to the segment before it. This generates an electric field, which applies a torque on the confined plasma and causes it to compress. In ALPHA, this technique is nicknamed the ‘rotating wall,’ and is used to compress both positron and antiproton plasmas. For antihydrogen formation, the colder, denser and smaller a plasma is, the better.
Tre di questi elettrodi sono predisposti per l’alta tensione (vedi fig.2) e vengono utilizzati per la cattura di antiprotoni e positroni. Inoltre, due elettrodi sono segmentati azimutalmente. Una tensione sinusoidale può essere applicata a ciascun segmento, in cui ogni tensione è sfasata dalla tensione applicata al segmento precedente. Questo genera un campo elettrico, che applica una coppia sul plasma confinato e lo fa comprimere. In ALPHA, questa tecnica è soprannominata “parete rotante” e viene utilizzata per comprimere i plasmi di positroni e antiprotoni. Per la formazione di antiidrogeno, più freddo, denso e piccolo è un plasma, meglio è.
The trap electrodes are divided into three groups, each playing a different role in the process of producing and trapping antihydrogen: the catching trap, the positron electrodes, and the mixing trap.
Gli elettrodi della trappola sono divisi in tre gruppi, ognuno dei quali svolge un ruolo diverso nel processo di produzione e intrappolamento dell’antiidrogeno: la trappola di cattura, gli elettrodi di positrone e la trappola di miscelazione.
The catching trap is the region in which antiprotons are extracted from CERN’s Antiproton Decelerator (AD). During the time that ALPHA has access to the AD beam, one ‘shot’ of approximately 3×10^7 antiprotons at an energy of 530 keV is delivered to the apparatus every 100 seconds. The particles pass from the AD through a thin foil degrader and into the ALPHA catching trap at energies distributed from 0 to around 500 keV. At this point, a voltage is applied to one of the electrodes, creating a potential barrier. Particles at higher energies escape and annihilate, but the lower energy particles cannot overcome this barrier. When second high voltage is quickly applied to a nearby electrode, the lower energy antiprotons find themselves caught in a Penning–Mamlberg trap at around 4 keV.
La trappola di cattura è la regione in cui gli antiprotoni vengono estratti dall’antiproton deceleratore (AD) del CERN. Durante il tempo in cui ALPHA ha accesso al raggio AD, uno “sparo” di circa 3×10 ^ 7 antiprotoni ad un’energia di 530 keV viene consegnato all’apparato ogni 100 secondi. Le particelle passano dall’AD attraverso un sottile degradatore di lamina e nella trappola di cattura dell’ALPHA ad energie distribuite da 0 a circa 500 keV. A questo punto, una tensione viene applicata a uno degli elettrodi, creando una potenziale barriera. Le particelle con energie più alte fuggono e si annichilano, ma le particelle di energia inferiore non possono superare questa barriera. Quando la seconda alta tensione viene rapidamente applicata a un elettrodo vicino, gli antiprotoni a bassa energia si trovano intrappolati in una trappola di Penning-Mamlberg a circa 4 keV.
Even though they can now be trapped, the antiprotons are still too energetic for antihydrogen formation. The antiprotons are held in the catching trap region and are subjected to electron cooling (link) and evaporative cooling, as well as compression by the rotating wall, before they are finally cold and dense enough for antihydrogen formation.
Anche se ora possono essere intrappolati, gli antiprotoni sono ancora troppo energici per la formazione di antiidrogeno. Gli antiprotoni si trovano nella regione della trappola di cattura e sono sottoposti al raffreddamento degli elettroni (collegamento) e al raffreddamento per evaporazione, nonché alla compressione da parte della parete rotante, prima che siano finalmente freddi e abbastanza densi per la formazione di antiidrogeno.
On the positron side of the electrode stack, positrons are transferred out of the accumulator as a plasma and are held in yet another Penning–Malmberg trap. Any remnant ions are eliminated by quickly lowering of one of the potential walls of the trap. The higher energy positrons escape faster than the ions, and are recaptured in an adjacent potential well. Here, the positron plasma is prepared for mixing: the particles cool radiatively and are compressed with the rotating wall.
Sul lato positrone della pila di elettrodi, i positroni vengono trasferiti fuori dall’accumulatore come plasma e tenuti in un’altra trappola di Penning-Malmberg. Eventuali ioni residui vengono eliminati abbassando rapidamente una delle potenziali pareti della trappola. I positroni di energia superiore fuoriescono più velocemente degli ioni e vengono riconquistati in un pozzo potenziale adiacente. Qui, il plasma di positroni è preparato per la miscelazione: le particelle si raffreddano in modo radiante e vengono compresse con la parete rotante.
The central region of the electrode stack is where the ‘magic’ happens. These electrodes comprise the mixing trap: it is here that the antiprotons and positrons finally meet. The plasmas are transferred into this region and are held in potential wells until the positrons are injected into the antiproton plasma via a technique called autoresonant injection. The mixing trap electrodes are surrounded by the octopole magnet and the mirror coil. These electrodes are especially thin, so that antihydrogen atoms formed in the trap can get as close as possible to the octopole magnet with out annilihating on the electrode surface. Once the magnets are energized, the penning trap is superimposed with the magnetic minimum atom trap and neutral antihydrogen can be successfully trapped.
Figure 4. (Left) a. An illustration of the inner mixing trap electrodes surrounded by the octopole and mirror coil magnets as well as the Silicon detector. b. A plot of the on axis electric potential in the mixing trap region. Figure from: Andresen et al., “Trapped Antihydrogen” Nature, 2010.
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cit off
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Dunque lo studio precedente ci ha mostrato che il problema è stato trattato in modo troppo superficiale.
Proseguiamo quindi con lo studio di una tesi di Laurea che entra in un maggiore dettaglio:
https://www.ge.infn.it/athena/articoli/tesicarlo.pdf
Al paragrafo §2.5
Se da un lato gli esperimenti con le trappole di Penning forniscono risultati molto precisi, dall’altro sono soggetti alle difficoltà tecniche che una buona realizzazione di un profilo iperbolico comporta. Benché calcoli per l’ottimizzazione della geometria forniscano tutte le indicazioni necessarie a realizzare una buona trappola di Penning con elettrodi iperbolici [30], la difficoltà, i tempi di realizzazione ma soprattutto le dimensioni importanti di queste trappole unitamente al fatto che per questo non possono sempre essere inserite in magneti solinoidali, hanno portato allo sviluppo delle trappole di penning ad elettrodi cilindrici. Le trappole sviluppate si dividono in due categorie:
1. trappole cilindriche con elettrodi di tappo [31]
2. trappole cilindriche aperte [32]
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Commento:
era quindi vera (concettualmente) la figura seguente:
foto link
(come schema di principio), reperibile al link:
https://ru.wikipedia.org/wiki/
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Commento:
E’ -però- un discorso concettuale che vuole affermare che in presenza di una carica positiva i potenziali dello stesso segno (positivi) faranno da “tappo” alla trappola. Infatti una carica positiva si ritiene respinta da un potenziale positivo. Ma nella nostra sperimentazione il potenziale positivo a 10 k Volt vedeva allontanarsi gli elettroni verso massa, quindi il flusso della corrente (rispetto alla tensione elettrica) ha una convenzione opposta, come cita anche Daniele Sette Vol.III pagina 239, al flusso di elettroni reale.
Diverso sarebbe nella elettrostatica poiché cariche dello stesso segno si respingono.
Ma la cosa importante da notare è che la cosiddetta “bottiglia”
foto link
dalla fonte:
https://www.ge.infn.it/athena/articoli/tesicarlo.pdf
Chi permette però alle cariche elettriche di rimanere compresse lungo un asse, se non il campo B creato da un solenoide?
Dove è il solenoide nella figura di wikipedia?
E’ mostrato come una bobina esterna a una coppia di elettrodi con il segno “-“.
E’ però questa la vera implementazione fisica?
Continuiamo la lettura sulla tesi che siamo esaminando da pagina 18 ..
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cit on
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pag. 26
Benché calcoli per l’ottimizzazione della geometria forniscano tutte le indicazioni necessarie a realizzare una buona trappola di Penning con elettrodi iperbolici [30], la difficoltà, i tempi di realizzazione ma soprattutto le dimensioni importanti di queste trappole unitamente al fatto che per questo non possono sempre essere inserite in magneti solinoidali, hanno portato allo sviluppo delle trappole di penning ad elettrodi cilindrici.
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cit off
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E dunque il nostro dubbio era fondato: c’è un problema di come faccia una carica a risentire da un campo solenoidale se il solenoide è “schermato” dagli elettrodi segnati come “-“.
Al più -dunque- la architettura proposta può rappresentare la chiusura di una bottiglia in quanto le curve del campo E restringono il flusso e lo concentrano verso il tappo.
Ma la compressione delle cariche in linea circa retta più un moto elicoidale si realizza -tipicamente- con una struttura a solenide come nel caso del tokamak.
Continuiamo quindi la lettura per conferma ..
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Commento: purtroppo la tesi in lettura:
non ci da altre informazioni sulla struttura fisica.
Ma ci da altre informazioni l’articolo seguente:
https://www.researchgate.net/publication/224864374_Trapped_Antihydrogen_in_Its_Ground_State
che in particolare mostra la seguente foto:
FIG. 1. Electrodes and coils produce Penning traps (to store p
and e+) and a Ioffe trap [14] (to store H). Much of the vacuum
enclosure and cooling system is hidden to make the traps and
detectors visible. An external solenoid (not shown) adds a 1
T magnetic eld along the trap axis ^z which is vertical.
FIGURA. 1. Gli elettrodi e le bobine producono trappole Penning (da conservare p
e e +) e una trappola Ioffe [14] (per memorizzare H). Gran parte del vuoto
sistema di chiusura e raffreddamento nascosto per rendere le trappole e
rilevatori visibili. Un solenoide esterno (non mostrato) aggiunge un 1
T campo magnetico lungo l’asse della trappola ^ z che è verticale.
Dalla foto sopra, allora, si capisce che gli elettrodi di Penning sono dentro una struttura per la creazione di forti campi magnetici.
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Dall’articolo seguente:
https://www.nature.com/articles/nature21040
Abbiamo conferma come solenoidi e anelli (coil) sono inseriti per intrappolare le cariche. Si noti come i campi magnetici sono costruiti “fuori” degli elettrodi creando un mix tra azione del campo elettrico e quello magnetico. Vi sono poi esigenze di raffreddamento per la costruzione dell’antiatomo.
In tutto ciò, non è stato usato l’effetto GUN, perché negli articoli esaminati vi era solo una esigenza di studio ed intrappolamento della materia.
Tuttavia in una disposizione molto più semplice un cilindro di lamina d’oro stimolato dall’interno (magari grazie alla compressione solenoidale) farà emergere anti_protoni che vanno rallentati e concentrati con un cilindro a elettrodi di Penning. In cascata un elemento GUN permetterà l’uso di antimateria non per il confinamento, ma per la sperimentazione.
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ultimo aggiornamento:
ore 8.07 del 12 febbraio 2023
prima Pubblicazione:
il 21 giugno 2019, ore 12.48
