ALTA_TENSIONE


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.

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”.

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).

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”.

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”.

La rassegna dei metodi?

  1. con circuiti detti moltiplicatori di tensione:
    ad esempio: https://www.lucianomarroccu.com/un-p%C3%B2-di-teoria/moltiplicatore-di-tensione/
  2. con trasformatori da bassa ad alta (o meglio media) tensione
    ad esempio: https://www.instructables.com/id/ZVS-Driver/
  3. con macchine di tesla: https://it.wikipedia.org/wiki/Bobina_di_Tesla
  4. etc.


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.

Esaminiamo il metodo con i moltiplicatori di tensione?

https://www.lucianomarroccu.com/un-pò-di-teoria/moltiplicatore-di-tensione/

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.

Perché utilizzare un circuito oscillante che pilota un trasformatore?

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

https://web.archive.org/web/20150724075537/http://www.itiomar.it/pubblica/Telecomunicaz/lezioni/4_anno/alim_SMPS.pdf

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).

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

Quale è il suo schema elettrico?

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

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

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.

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.

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.

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.

https://www.ebay.it/itm/10W-50M-Ohm-Barra-Alta-Voltaggio-Resistenza-Con-Pellicola-Di-Vetro-Smaltato/362156916226

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

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

Vado a vedere se trovo questo resistore su ebay ..

https://www.ebay.it/itm/1x-Hochspannungswiderstand-20kV-10GOhm-10W-Spannungsteiler-HighVoltage-Resistor/202643861899

caratteristiche:

Sie bieten für:

 

1x Hochspannungwiderstand 10 GOhm nicht induktiv
 
(ähnlich der Abbildung)
 
 

 

Widerstandswert: 10 GOhm (≤200ppm; -55°C – 70°C; J(±5%))
Leistung: 10 W
Spannung: 20 kV
Material: Keramik
Maße des Widerstandes (L x D): ca. 100mm x 9mm
Länge gesamt: ca. 150mm
 

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.

 
 
 
Hinweise
 
Bei Fragen stehe ich jederzeit zur Verfügung.
traduzione:

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.

2° articolo:
https://www.ebay.it/itm/High-voltage-resistor-80kV-1-GigaOhm-1000-Megaohm-100kV-110kV-120kV-150kV-peak/271865704402?hash=item3f4c756fd2:g:R8AAAOSwqu9VB151

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

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

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.

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:

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.

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.

N.4

[v] resistore per misura in alta tensione:

https://www.ebay.it/itm/1x-Hochspannungswiderstand-20kV-10GOhm-10W-Spannungsteiler-HighVoltage-Resistor/202643861899

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

Luogo in cui si trovava l’oggetto:
Bielefeld, Germania
utilizzo?
serve come componente in una partizione resistiva per il test della alta tensione.
Nota Bene: saranno usati due resistori in serie Vtot = R1*I + R2*I
Poiché R1=10 G Ohm
(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
dalla equazione Vtot = R1*I + R2*I senza una misura diretta di Vtot, ma solo una misura di V2=R2*I
Si noti che per un test con 10 volt come alimentazione
I = 10 volt/ (1G Ohm)= 0.01E3volt/(1E9 Ohm) = 0.01E-6 ampere=0.01 micro ampere=
=10 milli ampere
Quindi per testare i valori dei resistori a bassa tensione è consigliabile un potenziometro di circa 10 M Ohm=10 E6 Ohm (la scelta finale è stata con partitore resistivo =1 M Ohm)
Infatti (10 E6 Ohm)*0.01 E-6 ampere=10*0.01volt =100 E-3 volt = 100 millivolt
cvd.
ultime notizie -ad ora(4 luglio 2019, ore 16.16)- mancano anche gli ordinativi N.1 e N.2.
Ho acquistato però il resistore per il partitore (da 1 M Ohm, 5 watt = 5 euro) e una basetta preforata per realizzare il partitore (6,5 euro).
Avanzamento della sperimentazione:
Mi serve l’ordinativo N.1 per realizzare la corrente ad arco nel modello di Van de Graaff

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.

Aggiornamento 5 luglio 2019, ore 10.37:

.. 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.

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,

  1.  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.
  2. 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:

https://support.packlink.com/hc/it/articles/208492135-Quando-Vengono-Addebitati-I-Dazi-Doganali-E-Come-Si-Calcolano-

13 luglio 2019

La discussione su facebook:

fonte su facebook:
https://www.facebook.com/groups/robiemaria/permalink/2236437039808199/

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).

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:

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:

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.

20 luglio 2019, ore 13.36

consiglio di visionare anche il video seguente che aiuta al montaggio dei componenti sulla scheda “stampata in rame”:

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:

https://www.ebay.it/itm/15KV-3-7V-High-Voltage-Inverter-Generator-Spark-Arc-Ignition-Coil-Module-DIY-Kit/352416265928

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

Aggiornamento 21 luglio 2019, ore 15.00

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

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.

Aggiornamento 23 luglio 2019, ore 12.26:

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.


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

  1. va aperto per realizzare gli avvolgimenti
  2. 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

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.

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 ..

  1. ripetere lo studio di come Tesla realizza le scariche elettriche .. che è un modo _diverso_ di quello di Van de Graaff.
  2. 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

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:

Fig.2-Tesla:

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.

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

https://www.ebay.it/itm/Mini-Tesla-Coil-Plasma-Electronic-DIY-Kits-35-60W-Wireless-Transmission-Lighting/333206525255

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

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.

step-2:

nota bene: vi sono altri componenti montati.

step-3:

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.

step-4:

step-5:

mostra un nuovo collegamento.

step-6:

sta dicendo di rimuovere gli altri collegamenti (oppure isolarli).

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).

step-8:

cartteristiche del signolo condensatore:
punto lavoro 1200 volt (max); 0.27 micro Farad; 50 Hz.

step-9:

in totale 10 condensatori, saldati tra loro come in figura precedente.

step-10:

in figura precedente la saldatura dei resistori.

step-11:

collegamento dei condensatori.

step-12:

dettagli di collegamento con i condensatori.

step-13:

taglio della basetta pre-forata in più parti.

step-14:

montaggio di viti.

step-15:

assemblaggio come struttura, ma sarà meglio usare scatola di pvc.

step-16:

preparazione di fori su pannello di legno.

step-17:

collegamento dello spark-gap.

step-18:

vista dei dispositivi senza coperchio.

step-19:

vista dei dispositivi con coperchio.

step-20:

step-21:

step-22:

step-23:

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.

 

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.

Se è vero che è un problema ampiamente trattato in “letteratura scientifica” non è però trattato in modo “moderno”.

Ecco esplicitato perché ne tengo ora traccia.

Intendo che ..

  1. espliciteremo le equazioni come si fa di solito
  2. spiegheremo le ipotesi di transitorio
  3. spiegheremo come si calcola la soluzione specifica nelle ipotesi di fondazione da un punto di vista analitico.
  4. realizzeremo un grafico grazie ad un software che ci darà i valori numerici.
  5. 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:

  1. la prima curva è i(t) che è la corrente della maglia.
  2. 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:

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)

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):

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:

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.

Ora il software che ha originato l’output qui sopra in riferimento alla maglia RCL:

parte 1 del software:

parte seconda del software:

è arrivato il misuratore di induttanze ordinato il 4 agosto 2019, e pervenuto il 12 agosto 2019 dalla Germania: costo 65,98 euro

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:

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

Queste stime ci consentiranno di verificare i dettagli grazie al software e poi la sperimentazione sulla componentistica hardware ..

 

ultimo aggiornamento:

ore 11.09, 17 agosto 2019