Индукция и индуктивность в чем разница

Катушка индуктивности

Что такое катушка индуктивности

Что вы себе представляете под словом “катушка” ? Ну… это, наверное, какая-нибудь “фиговинка”, на которой намотаны нитки, леска, веревка, да что угодно! Катушка индуктивности представляет из себя точь-в-точь то же самое, но вместо нитки, лески или чего-нибудь еще там намотана обыкновенная медная проволока в изоляции.

Изоляция может быть из бесцветного лака, из ПВХ-изоляции и даже из матерчатой. Тут фишка такая, что хоть и провода в катушке индуктивности очень плотно прилегают к друг другу, они все равно изолированы друг от друга. Если будете мотать катушки индуктивности своими руками, ни в коем случае не вздумайте брать обычный медный голый провод!

Индуктивность

Любая катушка индуктивности обладает индуктивностью. Индуктивность катушки измеряется в Генри (Гн), обозначается буковкой L и замеряется с помощью LC – метра.

Что такое индуктивность? Если через провод пропустить электрический ток, то он вокруг себя создаст магнитное поле:

В – магнитное поле, Вб

А давайте возьмем и намотаем в спиральку этот провод и подадим на его концы напряжение

И у нас получится вот такая картина с магнитными силовыми линиями:

Грубо говоря, чем больше линий магнитного поля пересекут площадь этого соленоида, в нашем случае площадь цилиндра, тем больше будет магнитный поток (Ф). Так как через катушку течет электрический ток, значит, через нее проходит ток с Силой тока (I), а коэффициент между магнитным потоком и силой тока называется индуктивностью и вычисляется по формуле:

С научной же точки зрения, индуктивность – это способность извлекать энергию из источника электрического тока и сохранять ее в виде магнитного поля. Если ток в катушке увеличивается, магнитное поле вокруг катушки расширяется, а если ток уменьшается , то магнитное поле сжимается.

Самоиндукция

Катушка индуктивности обладает также очень интересным свойством. При подаче на катушку постоянного напряжения, в катушке возникает на короткий промежуток времени противоположное напряжение.

Это противоположное напряжение называется ЭДС самоиндукции. Эта ЭДС зависит от значения индуктивности катушки. Поэтому, в момент подачи напряжения на катушку сила тока в течение долей секунд плавно меняет свое значение от 0 до некоторого значения, потому что напряжение, в момент подачи электрического тока, также меняет свое значение от ноля и до установившегося значения. Согласно Закону Ома:

I – сила тока в катушке , А

U – напряжение в катушке, В

R – сопротивление катушки, Ом

Как мы видим по формуле, напряжение меняется от нуля и до напряжения, подаваемого в катушку, следовательно и ток тоже будет меняться от нуля и до какого то значения. Сопротивление катушки для постоянного тока также постоянное.

И второй феномен в катушке индуктивности заключается в том, что если мы разомкнем цепь катушка индуктивности – источник тока, то у нас ЭДС самоиндукции будет суммироваться к напряжению, которое мы уже подали на катушку.

То есть как только мы разрываем цепь, на катушке напряжение в этот момент может быть в разы больше, чем было до размыкания цепи, а сила тока в цепи катушки будет тихонько падать, так как ЭДС самоиндукции будет поддерживать убывающее напряжение.

Сделаем первые выводы о работе катушки индуктивности при подаче на нее постоянного тока. При подаче на катушку электрического тока, сила тока будет плавно увеличиваться, а при снятии электрического тока с катушки, сила тока будет плавно убывать до нуля. Короче говоря, сила тока в катушке мгновенно измениться не может.

Типы катушек индуктивности

Катушки индуктивности делятся в основном на два класса: с магнитным и немагнитным сердечником. Снизу на фото катушка с немагнитным сердечником.

Но где у нее сердечник? Воздух – это немагнитный сердечник :-). Такие катушки также могут быть намотаны на какой-нибудь цилиндрической бумажной трубочке. Индуктивность катушек с немагнитным сердечником используется, когда индуктивность не превышает 5 миллигенри.

А вот катушки индуктивности с сердечником:

В основном используют сердечники из феррита и железных пластин. Сердечники повышают индуктивность катушек в разы. Сердечники в виде кольца (тороидальные) позволяют получить большую индуктивность, нежели просто сердечники из цилиндра.

Для катушек средней индуктивности используются ферритовые сердечники:

Катушки с большой индуктивностью делают как трансформатор с железным сердечником, но с одной обмоткой, в отличие от трансформатора.

Дроссель

Также есть особый вид катушек индуктивностей. Это так называемые дроссели. Дроссель – это катушка индуктивности, задача которой состоит в том, чтобы создать в цепи большое сопротивление для переменного тока, чтобы подавить токи высоких частот.

Постоянный ток через дроссель проходит без проблем. Почему это происходит, можете прочитать в этой статье. Обычно дроссели включаются в цепях питания усилительных устройств. Дроссели предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов (ВЧ-сигналов). На низких частотах (НЧ) они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники. Ниже на фото силовые дроссели:

Также существует еще один особый вид дросселей – это сдвоенный дроссель. Он представляет из себя две встречно намотанных катушки индуктивности. За счет встречной намотки и взаимной индукции он более эффективен. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания, а также в звуковой технике.

Что влияет на индуктивность?

От каких факторов зависит индуктивность катушки? Давайте проведем несколько опытов. Я намотал катушку с немагнитным сердечником. Ее индуктивность настолько мала, что LC – метр мне показывает ноль.

Имеется ферритовый сердечник

Начинаю вводить катушку в сердечник на самый край

LC-метр показывает 21 микрогенри.

Ввожу катушку на середину феррита

35 микрогенри. Уже лучше.

Продолжаю вводить катушку на правый край феррита

20 микрогенри. Делаем вывод, самая большая индуктивность на цилиндрическом феррите возникает в его середине. Поэтому, если будете мотать на цилиндрике, старайтесь мотать в середине феррита. Это свойство используется для плавного изменения индуктивности в переменных катушках индуктивности:

1 – это каркас катушки

2 – это витки катушки

3 – сердечник, у которого сверху пазик под маленькую отвертку. Вкручивая или выкручивая сердечник, мы тем самым изменяем индуктивность катушки.

Экспериментируем дальше. Давайте попробуем сжимать и разжимать витки катушки. Для начала ставим ее в середину и начинаем сжимать витки

Индуктивность стала почти 50 микрогенри!

А давайте-ка попробуем расправим витки по всему ферриту

13 микрогенри. Делаем вывод: для максимальной индуктивности мотать катушку надо “виток к витку”.

Убавим витки катушки в два раза. Было 24 витка, стало 12.

Совсем маленькая индуктивность. Убавил количество витков в 2 раза, индуктивность уменьшилась в 10 раз. Вывод: чем меньше количество витков – тем меньше индуктивность и наоборот. Индуктивность меняется не прямолинейно виткам.

Давайте поэкспериментируем с ферритовым кольцом.

Отдалим витки катушки друг от друга

Хм, также 15 микрогенри. Делаем вывод: расстояние от витка до витка не играет никакой роли в катушке индуктивности тороидального исполнения.

Мотнем побольше витков. Было 3 витка, стало 9.

Офигеть! Увеличил количество витков в 3 раза, а индуктивность увеличилась в 12 раз! Вывод: индуктивность меняется не прямолинейно виткам.

Если верить формулам для расчета индуктивностей, индуктивность зависит от “витков в квадрате”. Эти формулы я здесь выкладывать не буду, потому как не вижу надобности. Скажу только, что индуктивность зависит еще от таких параметров, как сердечник (из какого материала он сделан), площадь поперечного сечения сердечника, длина катушки.

Обозначение на схемах

Последовательное и параллельное соединение катушек индуктивности

При последовательном соединении индуктивностей, их общая индуктивность будет равняться сумме индуктивностей.

А при параллельном соединении получаем вот так:

При соединении индуктивностей должно выполняться правило, чтобы они были пространственно разнесены на плате. Это связано с тем, что при близком расположении друг друга их магнитные поля будут влиять с друг другом, и поэтому показания индуктивностей будут неверны. Не ставьте на одну железную ось две и более тороидальных катушек. Это может привести к неправильным показаниям общей индуктивности.

Резюме

Катушка индуктивности играет в электронике очень большую роль, особенно в приемопередающей аппаратуре. На катушках индуктивности строятся также различные фильтры для электронной радиоаппаратуры, а в электротехнике ее используют также в качестве ограничителя скачка силы тока.

Ребята из Паяльника забабахали очень неплохой видос про катушку индуктивности. Советую посмотреть в обязательном порядке:

Индуктивность: формула

Одним из основных и важных элементов, используемых в радиотехнике, является катушка индуктивности. Эта наиболее распространенная деталь радиоаппаратуры характеризуется рядом специфических и неповторимых физических свойств, без понимания которых невозможно полноценно осознавать процессы, происходящие в цепях.

Ориентация индукционных трасс поля

Понятия: индукция и индуктивность

В 1820 году датским ученым Хансом Эрстедом была найдена зависимость магнитного поля от тока: при протекании электрического тока по проводу вокруг него образовывается магнитное поле. С целью охарактеризовать магнитное поле был введен некий критерий – это магнитная индукция. Поскольку магнитная индукция имеет свою ориентацию, то она является векторной величиной и описывает силу поля в конкретной точке пространства и объясняет влияние поля на контур (катушку) или элементарные заряженные частицы. Используя закон правого винта, находится ориентация трасс поля В.

В физике величина модуля вектора магнитной индукции В прямо пропорционально зависит от максимальной силы, действующей на участок провода, и обратно пропорционально зависит от силы тока в проводнике и длины участка провода:

Исходя из формулы индукции, ее величина измеряется в особых мерах:

Величина магнитной индукции в один Тесла представляет собой максимальную силу в один Ньютон, которая действует на некий отрезок шунта длиной один Метр, с протекающим в нем током силой один Ампер.

В зависимости от используемой модели, применяются разные методы вычисления модуля вектора магнитной индукции:

1. Магнитное поле бесконечного прямого провода определяется как:

• µ0 – магнитная постоянная, численно равная µ0=4π10-7 Тл×м/А;
• I – ток проводника;
• r – расстояние от измеряемой точки до проводника.

Магнитное поле бесконечного проводника

1. Магнитное поле соленоида:

• N – число витков соленоида;
• l – длина соленоида.

Соленоидом является катушка с равномерно распределенными витками, длина которой намного больше радиуса.

Магнитное поле соленоида

1. Магнитное поле в центре кругового тока формулируется как:

Магнитное поле кругового тока в контуре

Исходя из формул, независимо от выбора источника, генерирующего магнитное поле, модуль вектора магнитной индукции пропорционален силе тока в проводе B

I. Ток, протекающий в контуре, создает магнитное поле, которое также пронизывает и сам контур. Если в контуре поместить некоторую площадку, то эту площадку будет пронизывать магнитное поле, созданное круговым током в контуре. Соответственно, через площадку будет проходить некоторый магнитный поток.

Магнитный поток контура

Определение величины магнитного потока сквозь плоскую площадку выглядит как:

• B – вектор магнитной индукции;
• S – площадка (площадь);
• α – угол между направлением нормали к площадке S и направлением вектора магнитной индукции В.

Учитывая пропорциональную зависимость вектора магнитной индукции от силы тока в контуре, можно прийти к выводу о такой же зависимости силы тока в контуре и магнитного потока Ф

Поскольку отношение Ф/I зависит не только от тока контура, но и от площадки S, то данное отношение является характеристикой самого контура и называется индуктивностью контура:

Индуктивностью контура (катушки) называется физическая величина, равная отношению магнитного потока, созданного током в этом контуре (катушке), к силе тока.

Единицей измерения индуктивности контура (катушки) является отношение Вб(вебер)/А(ампер), называется Гн (генри). Величиной один Генри является индуктивность такого контура (катушки), в котором курсирует ток с силой один ампер, и создается поток в один вебер.

Индуктивность соленоида

Ток, протекая по цилиндрической обмотке из провода, возбуждает электромагнитное поле. Вектор индукции поля равен:

Поток магнитного поля соленоида пронизывает каждый из витков соленоида и, соответственно, равен:

• Ф1 – поток магнитного поля, пронизывающий один виток;
• N – количество витков провода.

Поскольку поле внутри цилиндрической обмотки из провода однородное, то поток магнитного поля, проходящий через один виток, равен:

а, соответственно, расчет полного магнитного потока соленоида равняется:

Поток магнитного поля соленоида

Вычислив этот поток соленоида, нетрудно определить индуктивность данной катушки (соленоида):

Сократив обе силы тока в числителе и знаменателе, получаем окончательное выражение, позволяющее определять индуктивность соленоида, или катушки:

Соленоид приходится частным случаем катушки индуктивности. При расчете катушек используют такое понятие, как относительная магнитная проницаемость вещества внутри катушки, обозначаемая µ. Соответственно,формула индуктивности выглядит как:

Из формулы видно, что на характеристику катушки влияют некоторые факторы:

1. Количество витков – с ростом численности витков увеличивается количество магнитных линий, пересекающих контур (катушку);
2. Диаметр катушки – потоки в катушке большего диаметра проявляют меньшее компенсирующее воздействие друг на друга;
3. Линейный размер катушки – катушка с большими линейными размерами препятствует формированию магнитного потока;
4. Свойства сердечника – вещество сердечника с лучшей магнитной проницаемостью лучше удерживает магнитный поток.

Формула индуктивности

Имеется большое множество разновидностей катушек индуктивности, отличающихся конфигурацией и областью применения. Ниже предоставлено ряд формул, показывающих, как найти индуктивность катушки:

1. Измерение индуктивности стандартной катушки производится по формуле:

• L – характеристика катушки (Гн);
• µ0 – магнитная const;
• µ – проницаемость вещества сердечника;
• N – количество оборотов проводника;
• S – площадь диаметрального разреза (м2);
• l – активная часть катушки в метрах.

1. Индуктивность прямого проводника:

• L – характеристика катушки (нГн);
• l – размер проводника;
• d – диаметр провода.

1. Определять индуктивности катушек с воздушным сердечником возможно благодаря формуле:

• L – характеристика катушки (мкГн);
• r – наружный радиус;
• l – активная часть катушки.

1. Индуктивность многослойной катушки с воздушным сердечником:

• L – характеристика катушки (мкГн);
• r – усредненный радиус катушки;
• l – активная часть катушки;
• d – глубина катушки.

1. Индуктивность плоской катушки:

• L – характеристика катушки (мкГн);
• r – усредненный радиус катушки;
• d – глубина катушки.

В радиотехнике часто используется сопряжение нескольких катушек. При последовательном или параллельном соединении катушек индуктивности используются различные формулы, находящие общую индуктивность.

Суммарная индуктивность, при последовательном подсоединении, рассчитывается как:

При параллельном соединении катушек суммарная индуктивность равна выражению:

Катушка индуктивности

Катушкой индуктивности является компонент, состоящий из проводника, намотанного на сердечник, содержащий железо, либо без сердечника. Прибор мультиметр, или LC-метр, ответит на вопрос, как измерить индуктивность катушки. Этим прибором, в основном, пользуются радиолюбители.

Катушки индуктивности в виде тора и цилиндра

К исключительным классам катушек индуктивности относятся дроссели. Дроссель –это такая катушка, целью которой выступает создание в цепи огромного противодействия для переменного тока с целью подавления высокочастотных токов. Постоянный ток через такой дроссель проходит, не встречая препятствия.

При выборе конкретной катушки индуктивности необходимо обратить внимание на некоторые важные параметры, влияющие на работу компонента:

1. Необходимый показатель индуктивности;
2. Предельный ток, на который рассчитан компонент;
3. Допустимый разброс характеристики катушки;
4. Отклонение параметра при колебании температуры;
5. Устойчивость характеристики катушки;
6. Активное сопротивление провода обмотки катушки;
7. Добротность компонента;
8. Диапазон частот, при которых катушка работает без потерь.

Свое применение катушки индуктивности нашли, как в аналоговой, так и цифровой схемотехнике. Конструкция, собранная на катушках индуктивности и конденсаторах, именуемая колебательным контуром, способна усиливать или вырезать колебания определенной частоты. Использование дросселей в каскадах блоков питания позволяет устранить остатки помех и шумы. Построение таких компонентов, как трансформатор, полностью обязано физическим особенностям катушки индуктивности. Также катушки индуктивности подразделяются на компоненты с постоянным показателем индуктивности и катушки с переменным показателем индуктивности. Телефонные аппараты, сглаживающие фильтры, цепи высоких частот имеют в своем составе катушки с постоянным значением индуктивности. В свою очередь, резонансные цепи ВЧ и ВЧ тракты приемных устройств в своем составе имеют катушки с переменным значением индуктивности.

Предоставленный материал в полной мере объясняет физические явления: индукция, магнитный поток и индуктивность. В статье рассмотрены разные виды катушек индуктивности, принципы их построения и особенности применения.

Видео

Что такое катушка индуктивности? Что значит индукция и самоиндукция и в чем разница этих понятий? Очень прошу , самым простым и понятным языком🙏🏻

Если просто, то переменный ток который создает электромагнитное поле является индуктирующим, а ток создаваемый электромагнитным полем является индуктированным. Само явление создания одного тока другим называется электромагнитной индукцией.

Услышал, что современная наука до конца не может объяснить, что такое электричество. Что конкретно люди не понимают?

Если мы просто пойдем по Википедии, начиная со слова “электричество”, то пройдя классическое определение мы дойдем до самого низкого уровня нашего понимания на сегодняшний день — квантовой электродинамики и более общей — теории электрослабых взаимодействий. Последняя объединяет две из четырех (электромагнитные и слабые) фундаментальных сил в природе. Эта теория является лучшей (в смысле полноты и отсутствия противоречий) в квантовой теории поля, но все еще оставляет много вопросов. В частности, она не обьясняет существования самих электронов — частиц носителей заряда, как не обьясняет и существование фотонов — частиц переносчиков этого самого электромагнитного взаимодействия. В поисках ответа на эти вопросы, вы придете к теории (на самом деле гипотезе) суперсимметрии, которая хоть и пытается продвинутся в понимании немного дальше, в любом случае не ответи на ваш вопрос.

И мы приходим к вопросу: а появится ли вообще такая теория, которая полностью удовлетворит наше любопытство в вопросе природы электричества? Которая не оставит больше никаких вопросов?
И ответ… Нет, такого никогда не случится. Мы можем надеется найти более и более общие теории, как Теория Всего, но даже если это получится, она не ответит на все наши вопросы.
Виной тому законы логики. Любая теория обязана опираться на какие-то аксиомы. Какие-то вводные данные, на которых эта теория будет строится и которые не могут быть её частью. Эти аксиомы для физики берутся из наблюдений и экспериментов. Позднее эти аксиомы могут корректироватся, но суть в том, что всегда останутся понятие, которые принципиально будут неописуемы данной теорией.

Так что “до конца” мы никогда не поймем природу вокруг нас, но мы можем отодвигать этот “конец” так далеко, что практически это становится неважно.

Как влияет скорость магнита на величину эдс индукции возникающей в катушке и от чего зависит направление эдс?

Если в результате движения магнита увеличивается магнитный поток через катушку (магнит вдвигается в катушку), индукционный поток стремится компенсировать это увеличение, т.е. направлен против направления магнитного потока, созданного магнитом.

Если в результате движения магнита уменьшается магнитный поток через катушку (магнит выдвигается из катушки), индукционный поток стремится компенсировать это уменьшение, т.е. направлен по направлению магнитного потока, созданного магнитом.

Таким образом, направление индукционного тока и ЭДС зависят от знака изменения магнитного потока через катушку и всегда имеют противоположенный знак, что выражается знаком “минус” в законе электромагнитной индукции:

Объясните простыми словами, что такое аналоговый сигнал и чем он отличается от цифрового?

Применительно к звуку и видео это можно объяснить так. В аналоговом звуковом тракте сигнал от источника передаётся по тракту как непрерывная последовательность изменения тока, напряжения, напряженности магнитного поля (при записи на ленту), радиосигнала, по сути описывающего зависимость частоты и громкости сигнала от времени. Сигнал может подвергаться изменению только фильтрами (ограничивается или изменяется полоса сигнала), усилителями, и иными аналоговыми преобразователями, но формально сама последовательность сохраняется. Если кто не видел сигнал на экране осциллографа, то свою кардиограмму – наверняка. Для видеосигнала это выглядит немного сложнее, так как изображение сканируется по строкам, а между ними вводятся специальные сигналы – синхроимпульсы, чтобы на приёме телевизор мог разобраться какую строку где показывать. Там есть ещё спецсигналы для цветности и некоторые другие, но в строке сигнал – это тоже непрерывная последовательность сигнала, в данном случае описывающего яркость изображения. На аналоговый сигнал прямо воздействуют шум в канале передаче и различные помехи: всё это “собирается” по всему тракту и вместе с музыкой и видео доставляется получателю; также искажают сигнал “неточности” тракта передачи – это, к примеру, неравномерность характеристики в зависимости от частоты сигнала (АЧХ), нелинейности модуляторов-демодуляторов и др. Поэтому качество аппаратуры на стадии первичного источника должно быть сильно выше, чем качество аппаратуры получателя.
При цифровой передаче после источника происходит перевод сигнала в цифровой вид – оцифровка. Далее сигнал проходит через любой тракт передачи и на приёме у получателя (абонента) переводится в аналоговый вид: в звук в колонках и видеокартинку на экране. При этом к тракту передачи требования по шуму, искажениям АЧХ и др. очень сильно снижаются, искажения перестают накапливаться по всему тракту, но появляются некоторые другие, которые влияют на цифровой сигнал (джиттер, фазовый шум, к примеру) – эти искажения влияют на точность восстановления исходного сигнала у получателя. Главные преимущества цифровых сигналов в том, что они экономят ресурсы: меньше ширина каналов связи или, по-другому, по тому же каналу связи можно передавать больше информации, можно почти бесконечное количество раз перезаписывать, хранить на различных носителях, передача цифровых сигналов через Интернет может происходить с гарантированной доставкой (протокол TCP). Недостатки: неизбежное невосстановимое внесение искажений в сигнал при оцифровке, необходимость обработки сигналов по всему тракту хранения-передачи, сложные методы кодирования и восстановления исходного сигнала при передаче через некоторые среды передачи, дополнительные требования к некоторым абонентским устройствам (спутниковые конверторы), нетерпимость к некоторым нарушениям согласования в трактах передачи и т.д., но главный недостаток для пользователя – резкое падение качества при сильных искажениях в каналах связи. Объясню проще: аналоговый звук и видео можно продолжать слушать и смотреть даже в шуме, то есть информация до вас доходит, а цифровой вы видите и слышите отлично, даже когда аналоговый уже в шуме, но потом резко раз, и всё пропало – информация теряется. Шум на картинке и на звуке воспринимается людьми более приемлемо, чем расквадрачивание картинки, или, что даже ещё хуже, щелкание и пропадание звука.
Надо заметить, что, строго говоря, никаких цифр нигде не хранится и не передаётся. В памяти чисто цифровых устройств хранятся состояния: есть заряд – нет заряда, и это и есть условные 1 и 0. При аналоговой записи существует много уровней той же намагниченности, а при цифровой – только 2 крайних состояния. А вот в каналах связи “цифровой код” передаётся не состояниями, а перепадами (фронтами) импульса: перепад верх – 1, перепад вниз – 0. Насколько я помню, при хранении на магнитных и оптических дисках информация также закодирована фронтами, хотя лазер на диске реально выжигает дырку в специальном слое, а магнитная головка намагничивает точку на магнитном диске. Ещё больше запутаю: в ряде случаев используются несколько состояний (например, фазы и амплитуды сигнала), которыми закодирована информация, и каждому состоянию соответствует своё число: от 4 до 256 состояний, реже 512, и даже 1024 – соответственно одним состоянием передаются числа от 0 до 3, . до 255, 511 и 1023. Это резко увеличивает скорость передачи информации, но повышает требования к тракту передачи.
Многие помнят, что “бытовая” запись и “профессиональная” в эпоху аналога отличались так, что это было и видно, и слышно даже непрофессионалу, перезапись всегда ухудшала сигнал, а теперь снятое смартфоном видео почти не отличается от профессионального. Хотя отличия есть, конечно, и сейчас, в эпоху цифры, но они в большинстве случаев гораздо менее заметны, а репортажное видео можно вполне транслировать со смартфона, и даже некоторые профессиональные фильмы снимаются на в общем бытовые устройства.
P.S. Как некий мысленный образец разницы между аналогом и цифрой:
Представьте, что вам надо перевести большую скульптуру. “Аналог” – это, если вы её повезёте целой. Ваша перевозка потребует специального транспорта, вы её обязательно покарябаете, она покроется пылью и грязью (хорошо упаковать большой объект довольно сложно), но зато, вроде как, вы тут сняли – там поставили. При этом вы сильно рискуете повредить её по дороге, причём восстановить будет очень сложно, так как разломанные куски будут неровные. А, не дай бог, в море, по которому её везли, случился шторм.
Другой вариант – “цифра”: разобрать скульптуру на мелкие части, перенумеровать-переписать-отфотографировать каждую часть, упаковать в коробки, коробки в контейнеры. Вам не нужен особый транспорт – потянет и слабый, вы можете отправлять коробки вразнобой, разными путями и т.д., и вы даже можете потерять кусок, но у вас же всё записано, так что вы можете всё восстановить. При этом по дороге на детали не попадёт ни пыль, ни грязь, так как упаковать мелкие детали проще, но упаковки потребуется больше. К сожалению, хотя в общем это будет та же скульптура, но в мелочах уже нет: вам как минимум придётся “подмазать швы”. На вашей стороне невнимательность зрителей: большинство ничего не заметит. При этом, имея чётко описанные детали, вы можете повторить (скопировать) скульптуру достаточно точно, и не один раз. Да и вообще вы можете пересылать и хранить описания отдельных фрагментов, а не саму скульптуру, и этим сильно сэкономите на доставке, что собственно и происходит при цифровом сигнале.

Каким образом в квантовой запутанности измерение одной частицы мгновенно сказывается на другой, при том, что никакая информация между ними не передается?

На полу валяются носки, которые вы собираетесь надеть. Как только вы смотрите на один из них и решаете, что он – левый, второй носок в тот же самый момент становится правым. При этом никакая информация между носками не передаётся. Всё определяет наблюдатель, который решил, что носки разные.

С частицами то же самое. Запутанные частицы изначально созданы таким образом, что их измерение определённым способом даёт заведомо разный результат. Измеряя одну из них, наблюдатель одновременно фиксирует результат измерения второй.

Как объяснить гуманитарию, что такое дифференцирование и интегрирование в физике?

Я обычно объясняю как в учебниках: дифференцирование — определение скорости процесса, а интегрирование — обратно, определение целого по мгновенным скоростям. Например, есть у нас бассейн и его наполняют водой. Мы можем определить сколько воды прибавилось за каждую минуту, секунду, десятую долю секунды и так далее. Чем меньше интервал, тем ближе мы к мгновенной скорости заполнения. В конце концов получим производную. Ее отлично видно на спидометре машины, стрелка показывает именно мгновенную скорость.

И обратно, если мы знаем мгновенные скорости в каждый момент времени, то можем определить сколько воды налилось в бассейн за весь период наблюдения. При этом мы не знаем сколько в нем было до начала, поэтому конечный объем воды не знаем, но сколько налили определить можем (это про первообразную, которую определяют с точностью до константы).

В качестве процесса можно выбрать что угодно, от банального движения до скорости протекания химической реакции или скорости чтения книги (хоть чтение и дискретный процесс, для объяснения “на пальцах” подходит).

В качестве бонуса могу привести красивое объяснение разницы между интегралами Римана и Лебега: предположим, что у нас есть мешок монет и нам надо его пересчитать. Если мы будем брать по одной монете и суммировать, то будем считать интеграл Римана. А если мы отсортируем монеты по достоинству и посчитаем сколько монет каждого достоинства было в мешке, а затем умножим на достоинство и сложим, то повторим вычисление интеграла Лебега.

Электромагнитная индукция ч.2. Индукция и самоиндукция

Итак, это схема простйшего электрогенератора:

При вращении рамки в постоянном магнитном поле в ней возникает электрический ток, называемый индукционным, а сам процесс называется электромагнитной индукцией:

«Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током».

У этого тока есть одно важное свойство, которое для одних стало возможностью скрыть правду, а для других – простым объяснением, почему для получения большего количества энергии от генератора нужно приложить большую силу для его вращения. В Вики это звучит так:

«Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток».

В реальном генераторе это происходит так: при приближении части рамки к северному полюсу магнита в этой части рамки возникает ЭДС и северный магнитный полюс. Два одноимённых магнитных полюса начинают отталкиваться и возникает сопротивление вращению рамки. Во второй части рамки происходит тоже самое, только с южным полюсом. Чем быстрее вращается генератор, тем быстрее меняется магнитное поле в рамке, а значит возникает бОльший ток, соответственно бОльшее магнитное поле и бОльшее сопротивление вращению. Этого оказалось достаточно, чтобы заявить о соблюдении закона сохранения энергии: хотите больше энергии – приложите большее усилие. Очень многим этого хватило и теперь эти убеждения сложно переломить. Однако давайте рассмотрим процесс индукции чуть внимательнее. Я уже писал об этом в посте «Зарождение».

Итак, при приближении рамки к магнитному полюсу, в ней возникает ток и такой же магнитный полюс, который начинает оказывать сопротивление движению. А что происходит с магнитным полем магнита?

Оно ослабевает, переходя в электрическую энергию? Нет. Иначе при увеличении скорости вращения генератора и увеличении тока всё больше магнитного поля переходило бы в электричество и сопротивление вращению наоборот уменьшалось бы.

Оно переходит на проводник, разделяется, но в сумме остаётся таким же? Нет. Тогда бы усилие для вращения генератора не менялось от скорости и нагрузки.

На самом деле оно остаётся без изменений, а суммарное магнитное поле ещё и увеличивается на поле, возникшее вокруг проводника. Магнит при этом не теряет своей энергии и это доказывается десятилетиями работы генераторов на постоянных магнитах. Тогда откуда появляется энергия в проводнике? Кинетическая энергия вращения превращается в электрическую? Правда? А если ничего не вращать? Вы знаете как работает электрический трансформатор? Например такой:

«Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:
Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм).
Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция).
На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока , при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку».

Хочу обратить ваше внимание на выделенный текст: ток индукции появляется во всех обмотках трансформатора, ЭДС во всех обмотках равны и зависят только от скорости изменения магнитного потока. Получается, что если намотать две или три вторичных обмотки, то можно получить в два-три раза больше энергии, чем было затрачено (за минусом разных потерь)? В принципе, даже ещё больше. Ведь на самом деле, закон сохранения энергии работает только с телами, обладающими массой покоя. Но тут вовремя появилась и проблема, называемая самоиндукцией, которая помогла скрыть дармовую энергию.

«Самоиндукция — это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока.
При изменении тока в контуре пропорционально меняется и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС. Это явление и называется самоиндукцией. (Понятие родственно понятию взаимоиндукции, являясь как бы его частным случаем).
Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию (направлена против тока), а при убывании тока — убыванию (сонаправлена с током). Этим свойством ЭДС самоиндукции сходна с силой инерции».

Оказалось, что ток, проходя по проводнику, создаёт вокруг него магнитное поле, изменение которого создаёт ток в этом же проводнике и он не всегда совпадает с направлением первичного тока (потому что если бы он всегда совпадал, то получился бы вечный источник энергии, а если бы всегда не совпадал, то никакого тока вообще не было бы). Другими словами, ЭДС самоиндукции оказывает сопротивление току в катушке почти так же, как обычный генератор сопротивляется вращению. Чем больше ток и его частота в катушке, тем больше это сопротивление, а значит и потери. При подключении катушки к источнику переменного напряжения получается вот такая картина:

А при добавлении дополнительных катушек в общее магнитное поле их взаимное влияние увеличивается, индуктивность и поля складываются и накладываются друг а друга, а сопротивление (а значит и потери) всей системы только возрастают. В результате получилась красивая зависимость, которая, якобы, подтверждает закон сохранения энергии и не даёт получить больше энергии, чем затрачено. Это сопротивление назвали реактивным, без ваттным, из-за него не выделяется тепло в катушке и списали на него все потери энергии.

Однако Никола Тесла в своё время нашёл выход из этого положения и главным вопросом его жизни стал вопрос беспроводной передачи энергии, а не её получение. Это сейчас катушки Тесла называют трансформаторами, а сам он называл их генераторами энергии и так оно и было. Получать энергию он мог в неограниченных количествах и не считал это чем-то сложным и тем более невозможным, т.к. он понял саму суть происходящего процесса. Я попробую объяснить его как можно доступнее, но опять придётся начинать из далека.

Исходя из теории Всемирного Эфира, которая существовала до Теории Относительности, Тесла полагал, что электромагнитная волна это волна эфира, окружающего нас везде. Эфир не имеет массы и инерции, а значит на то, чтобы его сдвинуть не тратится энергия. Получается, что для создания электромагнитной волны нужно раскачать эфир переменным магнитным полем, но так, чтобы почти не тратить на это энергию. И такой способ был найден. Был придуман последовательный колебательный контур:

«Колебательный контур – это замкнутая электрическая цепь, содержащая катушку индуктивности и конденсатор, в которой могут возбуждаться электрические колебания.
Колебания тока и напряжения в колебательном контуре связаны с переходом энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки индуктивности и обратно».

Получается, что если зарядить конденсатор от источника тока, а потом соединить его с катушкой, то в цепи возникнут автоколебания. Ток из конденсатора будет переходить в магнитное поле катушки и обратно многократно, пока не рассеется от различных небольших потерь на нагрев и т.д. При этом на раскачивание самого эфира энергия не тратится. В добротных контурах колебания могут продолжаться несколько минут, при этом совершенно не потребляя энергии из вне. Всё это время вокруг катушки будет переменное магнитное поле, раскачивающее эфир вокруг неё. Казалось бы, осталось только поставить рядом ещё пару катушек и проблема энергии решена, но тут надо вспомнить, что индукционный ток в соседней катушке создаёт своё магнитное поле, направленное против поля, его создавшего и очень быстро его подавит (вспомним и про безваттное сопротивление). Получается, что первую катушку всегда надо подпитывать током и он будет как бы переходить на вторую катушку. При этом, если вторую катушку не замыкать, то тока в разомкнутом контуре не будет и первая катушка практически не будет потреблять энергии. Так работают современные трансформаторы. Только я бы сказал, что он не переливает энергию с одной катушки на другую, а продавливает с огромным усилием и потерями, нагреваясь и гудя при этом.

Решением проблемы могло бы стать создание катушки, которая бы не оказывала сопротивления магнитному потоку, т.е. не имеющей самоиндукции. Однако тут появляется противоречие: в катушке, обладающей индукцией всегда будет и ток самоиндукции, а в катушке, не имеющей индуктивности, не может появиться индукционный ток и она бесполезна. Любой замкнутый проводник имеет свою индуктивность, хоть самую малую.

Никола Тесла очень хорошо представлял себе магнитные поля и их взаимодействия и поэтому смог найти очень простое и, я бы сказал, элегантное решение проблемы. Он придумал катушку, у которой пропадает реактивное сопротивление на определённой частоте. Эта катушка была названа бифилярной:

Тесла запатентовал эту катушку, как что-то совершенно новое, чем она и была, но не описал в патенте своего способа её использования, а скорее всего это описание было позже изъято. В описании осталось только упоминание, что эта катушка может использоваться для создания больших магнитных полей. С другой стороны, один из видов этой катушки как раз обладает нулевой самоиндукцией. Совпадение?

Сейчас различные виды этой катушки используются в радиотехнике, но оригинального назначения, похоже, так до сих пор никто и не понял. Более подробно об этой катушке я напишу в следующий раз.