Явления при стекании тока в землю

[Ponchik]

vek88 в сообщении #424526 писал(а):

Ну что ж, сами попросили. Так что не обижайтесь.
Ponchik в сообщении #421956 писал(а):
После поджигания и образования тлеющего разряда, напряжение на лампе снижается до 200 В. (Из вольт-амперной характеристики, приведённой в учебнике, где так же указана нижняя величина тока 0,0001-0,001 А ).
Ток, проходящий через лампу между проводом фазы и землёй, и ограниченный сопротивлением ёмкости величиной 1 пФ, составляет 0.000157 А, что чуть-чуть больше минимального тока тлеющего разряда.
Здесь Вы ошиблись. Через этот конденсатор 1 пф подключен не провод фазы 500 Кв, а на нем те самые 18 Кв. И лампа шунтирует этот конденсатор.
Ponchik в сообщении #421956 писал(а):
Электрическое поле под влиянием напряжённости 15 кВ/м создаёт (наводит) на электродах лампы напряжение порядка 18 кВ. Этого напряжения достаточно для поджигания лампы.
Так что ток почти в 30 раз меньше того, что Вы нашли. Т.е. в 20 раз меньше минимального тока тлеющего разряда, указанного Вами.

Ошиблись как раз Вы.
В качестве утешения скажу, что не ошибается только Папа Римский.
На изображении приведены схемы замещения:

На рис.1 нарисована та схема, которую рассчитывал я.
В особых комментариях схема не нуждается, подробности в расчёте. Отмечу только, что внутренняя ёмкость лампы не указана, т.к. она нас не интересует, поскольку (при повышении напряжения в каждом полупериоде) шунтируется внутренним сопротивлением ионизированного газового промежутка лампы.

На рис.2 приведена схема, соответствующая Вашим расчётам;
т.к. в вашей формуле ток ограничивается ёмкостным сопротивлением самой лампы, а эдс возникает за счёт напряжённости электрического поля.
Основная ошибка в том, что во внимание принято только ёмкостное сопротивление лампы, а сопротивление источника эдс не учитывается.

На рис.3 приведена схема, соответствующая Вашим представлениям
о схеме замещения придуманной вами конструкции.
Основная ошибка в том, что, по схеме, лампа напрямую подключена к источнику эдс. Соответственно, напряжения и токи внутри лампы ничем не ограничены.

На самом же деле, два проводника (в виде металлических пластин) и разрядника между ними (в виде газоразрядной лампы) с физической точки зрения представляют собой антенну — вибратор Герца.
Поэтому на рис.4 я изобразил принципиальную схему придуманной Вами конструкции.

Пришла идея практического применения Вашего устройства в качестве индикатора приближаюшейся грозы.
Надо только немного изменить конструкцию. Параллельно неонке присоединить стандартный вентильный разрядник, чтобы лампочка не сгорела. Нижний проводник антенны заземлить в целях безопасности. Верхний поднять повыше для увеличения чувствительности, но не выше окружающих зданий, сооружений и деревьев, чтобы молния не ударила.
Будете патентовать -- не забудьте указать меня в качестве соавтора!

[vek88]

Ponchik в сообщении #424685 писал(а):

На рис.1 нарисована та схема, которую рассчитывал я.
В особых комментариях схема не нуждается, подробности в расчёте. Отмечу только, что внутренняя ёмкость лампы не указана, т.к. она нас не интересует, поскольку (при повышении напряжения в каждом полупериоде) шунтируется внутренним сопротивлением ионизированного газового промежутка лампы.

Как Вы меня утомили Ponchik. Короче, см.

vek88 в сообщении #420775 писал(а):

Дык она у нас подключена. Короче, есть провод ЛЭП и земля. Между ними Ваш любимый делитель напряжения из двух емкостей. А нижняя емкость шунтируется лампой. Вот Вам и замкнутая цепь.

Это я Вам уже объяснял именно схему замещения, изображенную на Рис. 1. Дык зачем теперь Вы мне объясняете то же самое.

Так что, повторяю, верхняя емкость примерно на два порядка меньше нижней. Это емкость лампы тогда я оценивал в 1 пф. А потом увеличил, возможно, слишком оптимистично, эту оценку до 20 пф.

Объяснение? Элементарно Ватсон. На емкостном делителе напряжения (переменного тока) обратно пропорциональны емкостям. Именно поэтому на метровой лампе у земли под моей ВЛ 220 Кв будет порядка 2 Кв - при отсутствии шунтирования лампой. И отсюда же следует, что максимальный ток через лампу не более тока, который шел через делитель при отсутствии шунтирования (разрядом лампы).

Т.е. когда разряд возникнет, активное сопротивление лампы будет много меньше ее емкостного сопротивления - и почти весь ток делителя пойдет через активную составляющую лампы.

И не ехидничайте - как только Вы со мной ехидничаете, так обязательно попадаете в проссак.

[Ponchik]

Вы по-русски читать и понимать умеете?
Я рассчитал, а не объяснял ту схему замещения, которую предложили Вы, но не смогли правильно рассчитать. Ваши неверные расчеты были проиллюстрированы мною, для сравнения, на приведенных рисунках.

vek88 в сообщении #424726 писал(а):

Это емкость лампы тогда я оценивал в 1 пф.

Это не так! Вот Ваше сообщение:

vek88 в сообщении #420589 писал(а):

Было предложено два механизма: утечка тока с проводов... и емкостная связь... Попробуем разобраться со вторым.
...будем считать, что всего один провод ЛЭП (другой - земля)... Поскольку пока током утечки через воздух пренебрегаем, остается надеятся на емкость (металлического конца лампы, который находится сверху). Примем в качестве оценки его емкости несколько пикофарад (для справки - шар радиуса 1 см имеет емкость 1 см, а 1 см емкости - это примерно 1 пикофарада, не помню 1,1 или 0,9).

То есть, Вы решили рассмотреть емкостную связь между проводом ЛЭП и металлическим концом лампы, который находится сверху! Емкость металлического конца Вы оценили как емкость уединенного шара в 1 см. Принимая во внимание удаленность провода ЛЭП, с этим можно согласиться.
Но в следующем своем сообщении Вы привели неверный расчет, который я и пояснил рисунком 2. Основная ошибка была как раз в том, что первоначальную емкость между проводом и верхним концом лампы Вы вдруг стали считать емкостью между двумя концами лампы. В связи с этим я и проделал правильный расчет с вашими исходными данными.
Первоначально Вы согласились с моими расчетами, и даже благодарили:

vek88 в сообщении #421966 писал(а):

Спасибо также за приведенные конкретные данные - что значит Вы профессионал в этом деле, в отличие от меня - любителя. Они мне очень помогут все-таки выжать из ламп все возможное, хотя бы и с помощью некоторых дополнительных припампасов. Например, я уже придумал, как без хлопот увеличить подручными средствами емкость верхушки лампы до величины порядка 100 пф.
С уважением,
vek88

А теперь почему-то стали ехидничать.

[vek88]

Видите ли, Ponchik. Я, конечно, многое здесь считаю устно и очень приближенно (иногда грубо да к тому же могу ошибиться в арифметике). Но при этом понимаю физику, в частности, знаю разницу между емкостью уединенного проводника и емкостью конденсатора.

Ponchik в сообщении #424770 писал(а):

То есть, Вы решили рассмотреть емкостную связь между проводом ЛЭП и металлическим концом лампы, который находится сверху! (1) Емкость металлического конца Вы оценили как емкость уединенного шара в 1 см. Принимая во внимание удаленность провода ЛЭП, с этим можно согласиться.
Но в следующем своем сообщении Вы привели неверный расчет, который я и пояснил рисунком 2. Основная ошибка была как раз в том, что (2) первоначальную емкость между проводом и верхним концом лампы Вы вдруг стали считать емкостью между двумя концами лампы. В связи с этим я и проделал правильный расчет с вашими исходными данными.

А Вы ИМХО не чуйствуете этой разницы, насколько можно судить по приведенной цитате. Сравните Ваши фразы (1) и (2). Я ведь нигде не говорил о (2) - это Вы превратили мой уединенный шар в емкость шар - провод.

Итак, пусть разряд еще не возник в лампе. Тогда емкость уединенного верхнего конца лампы действительно порядка 1 пф. Примерно этому же равна и емкость самой лампы (нижняя емкость делителя). Да, это грубовато, предложите точнее, если интересно. А теперь, вопрос: как найти верхнюю емкость делителя (на Вашем Рис.1)?

Ответ очевиден. Если, например, мы нашли, что разность потенциалов на концах лампы (разряда нет) 2 Кв, а на ВЛ фаза 220 Кв, то на верхней емкости напряжение в 100 раз больше, чем на нижней. Значит ее емкость 0,01 пф (блин, надорвался пока считал).

Так понятно?

ЗЫ. А если сверху 1 пф и снизу 1 пф, то 110 Кв на лампе - многовато будет.

[Ponchik]

vek88 в сообщении #424824 писал(а):

Я ведь нигде не говорил о (2) - это Вы превратили мой уединенный шар в емкость шар - провод.

Неужели?

Ponchik в сообщении #424770 писал(а):

Это не так! Вот Ваше сообщение:
vek88 в сообщении #420589 писал(а):
Было предложено два механизма: утечка тока с проводов... и емкостная связь... Попробуем разобраться со вторым.
...будем считать, что всего один провод ЛЭП (другой - земля)... Поскольку пока током утечки через воздух пренебрегаем, остается надеятся на емкость (металлического конца лампы, который находится сверху).

Тогда поясните, что означают ваши слова о емкостной связи и надежде на емкость?
Заодно поясните -- как емкостное сопротивление лампы ограничивает ток разряда через газовый промежуток этой же лампы?

vek88 в сообщении #424824 писал(а):

Итак, пусть разряд еще не возник в лампе. Тогда емкость уединенного верхнего конца лампы действительно порядка 1 пф. Примерно этому же равна и емкость самой лампы (нижняя емкость делителя). Да, это грубовато, предложите точнее, если интересно.

Грубовато было приближенно приравнять емкость уединенного конденсатора к его емкости по отношению к удаленному проводу. Нижний же конец лампы находится к верхнему концу на порядок ближе, поэтому и емкость лампы будет на порядок больше, т.е. примерно 10 пФ. Так будет точнее!

[vek88]

Ponchik в сообщении #424842 писал(а):

Тогда поясните, что означают ваши слова о емкостной связи и надежде на емкость?

ИМХО уж сейчас то Вы все поняли.

Ponchik в сообщении #424842 писал(а):

Грубовато было приближенно приравнять емкость уединенного конденсатора к его емкости по отношению к удаленному проводу.

Это Вы сделали, а не я.

Ponchik в сообщении #424842 писал(а):

Нижний же конец лампы находится к верхнему концу на порядок ближе, поэтому и емкость лампы будет на порядок больше, т.е. примерно 10 пФ. Так будет точнее!

Ну это уж слишком грубо - просто неправильно - Вы завысили на порядок.

[Ponchik]

vek88 в сообщении #424847 писал(а):

ИМХО уж сейчас то Вы все поняли.

Я просил пояснить.
И вот это

Ponchik в сообщении #424842 писал(а):

Поясните -- как емкостное сопротивление лампы ограничивает ток разряда через газовый промежуток этой же лампы?

[Ponchik]

vek88 в сообщении #424824 писал(а):

емкость уединенного верхнего конца лампы действительно порядка 1 пф. Примерно этому же равна и емкость самой лампы

vek88 в сообщении #424847 писал(а):

Ponchik в сообщении #424842 писал(а):
Нижний же конец лампы находится к верхнему концу на порядок ближе, поэтому и емкость лампы будет на порядок больше, т.е. примерно 10 пФ. Так будет точнее!
Ну это уж слишком грубо - просто неправильно - Вы завысили на порядок.

Можно посчитать емкости конденсаторов:

$C = \epsilon_0 \epsilon S /d$
где $C$, Ф — емкость плоского конденсатора,
$ \epsilon_0 = 8.85\cdot 10^-^1^2$, Ф/м — диэлектрическая проницаемость вакуума,
$ \epsilon\approx 1.00$ — относительная диэлектрическая проницаемость газов,
$S$, $ m^2$ — площадь поверхности меньшей обкладки,
$d$, м — расстояние между обкладками.

$S = 3,14\cdot r^2$, $S = 3.14\cdot 0.01^2$, $S = 3.14\cdot 10^-^4$, $ m^2$,
где $r$ — радиус обкладки (принимаем 0,01 м)

Если $d$ = 10 м, расстояние до провода ЛЭП, то емкость будет:
$C = 8.85\cdot 10^-^1^2 \cdot 1.00\cdot 3.14\cdot 10^-^4 / 10$
$C = 0.00028$, пФ.
Если $d$ = 1,2 м, расстояние между концами лампы, то емкость лампы будет:
$C = 8.85\cdot 10^-^1^2 \cdot 1.00\cdot 3.14\cdot 10^-^4 / 1.2$
$C = 0.0023$, пФ.

Выходит, что мы оба ошиблись (завысили емкости) на несколько порядков.
Было упущено из виду, что емкость уединенного шара определяется по отношению к бесконечно удаленной сфере.
Таким образом, я возвращаюсь к своим первоначальным утверждениям, что под ВЛ в ЛДС (с номинальным дуговым разрядом) электродный разряд невозможен (без дополнительных приспособлений, например, в виде антенн). Возможен только безэлектродный разряд. См.

Ponchik в сообщении #420714 писал(а):

Но я (как эксперт, т.е. специалист) заранее могу сказать, что в люминесцентной лампе, реально не подключенной к источнику питания, электродного разряда не будет!
Имеет смысл рассматривать безэлектродный разряд

Ponchik в сообщении #420874 писал(а):

neugierig в сообщении #420853 писал(а):
Но: ЛДС тем не менее НА ПРАКТИКЕ могут светиться, не будучи гальванически подключены к источнику тока. Этот феномен был неоднократно проверен на практике.
Это явление безэлектродного разряда.

На практике отличить электродный разряд от безэлектродного довольно просто. Надо закоротить проводом электроды светящейся лампы.
Если лампа погаснет, то это означает, что был электродный разряд. В этом случае ток между электродами пойдет по проводу, а не по лампе.
Если же лампа будет продолжать светиться с замкнутыми электродами, то это означает, что в лампе существует безэлектродный разряд.

[vek88]

Ponchik в сообщении #424938 писал(а):

Выходит, что мы оба ошиблись (завысили емкости) на несколько порядков.
Было упущено из виду, что емкость уединенного шара определяется по отношению к бесконечно удаленной сфере.

Практически достаточно удаления на расстояние в несколько раз большее размеров шариков. Для конденсатора из двух одинаковых шариков емкость равна половине емкости одного шарика. Так что мои оценки по поводу 1 пф без разряда (нескольких пф с разрядом) близки к истине.

Да и неонка то светится, а ведь ей ИМХО хоть 1-2 мка все-таки нужно.

Ponchik в сообщении #424842 писал(а):

Заодно поясните -- как емкостное сопротивление лампы ограничивает ток разряда через газовый промежуток этой же лампы?

Вы правильно подметили в Вашем post424685.html#p424685, что Рис. 2 (тоже!) соответствует моим расчетам. При этом емкость как раз и является внутренним сопротивление источника с э.д.с. порядка киловольт (а не напряжение ЛЭП). Тем самым ограничивается ток в лампе.

Обращаю Ваше внимание, что при условии, что наведенная э.д.с. на лампе много меньше напряжения ЛЭП, схема Рис. 2 гораздо удобнее схемы Рис.1 для расчетов, поскольку исключена лишняя сущность - емкость между верхушкой лампы и проводом ЛЭП. Это относится к любому делителю, в котором верхнее сопротивление раз в 100 больше нижнего. Эквивалентная схема Рис.2 в этом случае правильная и удобнее схемы Рис 1. Соответственно, исключаются (бессмысленные?) услилия по расчету емкости между верхушкой лампы и проводом.

Бессмысленность ИМХО в том, что в схему с распределенными параметрами мы пытаемся протащить идеологию схемы с сосредоточенными параметрами. Для нижней емкости это как-то годится. А для верхней, кажется, нет - мне, во всяком случае, не удалось.

Кстати, все свои расчеты первоначально делал интуитивно и в уме без рисования каких-то эквивалентных схем, а лишь на основе рассмотрения физика процесса. Сейчас вижу, что интуиция меня не подвела. Все объяснилось уже на формальной основе.

ЗЫ. Хорошо, что у меня вчера отрубился Интернет и только сейчас врубился. А то бы мы пробазарили всю ночь.

[vek88]

Ponchik в сообщении #424685 писал(а):

На рис.3 приведена схема, соответствующая Вашим представлениям
о схеме замещения придуманной вами конструкции.
Основная ошибка в том, что, по схеме, лампа напрямую подключена к источнику эдс. Соответственно, напряжения и токи внутри лампы ничем не ограничены.

Не было у меня такой ошибки - это Вы приписываете мне подобные представления.

Помните, как на интуитивном уровне я объяснял работу ЛДС в вакууме под ЛЭП постоянного тока. При включении ЛЭП лампа зарядит свою емкость и на этом процесс остановится. Да, я тогда не рисовал эквивалентных схем и все было на уровне интуиции, но идея была правильная - поле заряженной емкости лампы ограничивает ток через нее (и в постоянном и в переменном поле).

Соответственно, в эквивалентной схеме этого процесса емкость лампы - это внутреннее сопротивление источника наведенной э.д.с.

[Ponchik]

vek88 в сообщении #425015 писал(а):

Помните, как на интуитивном уровне я объяснял работу ЛДС в вакууме под ЛЭП постоянного тока. При включении ЛЭП лампа зарядит свою емкость и на этом процесс остановится.

Детский вопрос:
По умолчанию все тела нейтральные.
Откуда возьмутся заряды?

[vek88]

Ponchik в сообщении #425657 писал(а):

vek88 в сообщении #425015 писал(а):

Помните, как на интуитивном уровне я объяснял работу ЛДС в вакууме под ЛЭП постоянного тока. При включении ЛЭП лампа зарядит свою емкость и на этом процесс остановится.

Детский вопрос:
По умолчанию все тела нейтральные.
Откуда возьмутся заряды?

Похоже, Вы опять шутите? Ну да ладно.

Итак, ... вакуум ... совсем пустой. Две проводящих сферы радиуса 0,5 м на расстоянии 10 м друг от друга. Ровно между ними на прямой линии, соединяющей их центры, две маленькие проводящие сферы радиусами 1 см на расстоянии 1 м друг от друга. Все сферы нейтральны.

На большие сферы поместили противоположные заряды, одинаковые по величине, и такие, что разность потенциалов между большими сферами 1 млн. в.

Далее две маленькие сферы соединили проволочкой, а потом ее убрали.

Вопросы:

1. Какова разность потенциалов между маленькими сферами?

2. Каковы заряды маленьких сфер?

[vek88]

Обращаю внимание, что вполне достаточно решать задачу приближенно, поскольку зона нашего интереса находится "далеко" от больших сфер. Конкретно приближение в следующем. Считаем, что на большом удалении (несколько метров и более) от (центров) больших сфер создаваемый ими потенциал такой же, как потенциал точечного заряда, расположенного в центре сферы. Т.е. всякими дипольными и квадрупольными полями пренебрегаем.

ЗЫ. Данная задача иллюстрирует типичное заблуждение, в которое попался и я. Мы привыкли считать, что в делителе напряжения напряжения пропорциональны величине сопротивлений. Следовательно, в емкостном делителе напряжения обратно пропорциональны емкостям. Но как только мы уходим от традиционных конденсаторов, используемых в электронных схемах, в область электрических полей между проводниками в пространстве, все это накрывается.

Простейший пример - три одинаковых проводящих сферы расположены на одной прямой - на крайние сферы поместили противоположные заряды. При этом разность потенциалов между средней сферой и крайними определяется исключительно положением средней сферы. Тогда как емкость конденсатора, образованного любой парой этих сфер одинакова и равна в системе СГС $0,5 r$, где $r$ - радиус сферы в см.

[Ponchik]

vek88 в сообщении #425831 писал(а):

Данная задача иллюстрирует типичное заблуждение, в которое попался и я. Мы привыкли считать, что в делителе напряжения напряжения пропорциональны величине сопротивлений. Следовательно, в емкостном делителе напряжения обратно пропорциональны емкостям. Но как только мы уходим от традиционных конденсаторов, используемых в электронных схемах, в область электрических полей между проводниками в пространстве, все это накрывается.

Вот-вот! Попался и я.
Поэтому мои расчеты емкостей неверны. Они сделаны по формулам для плоских конденсаторов с равномерным полем между обкладками (в этих формулах емкость линейно (обратнопропорционально) зависит от расстояния между обкладками. А для удаленных обкладок (сферических лошадей © vek88 ) емкость не зависит от расстояния, и определяется размерами обкладок.

О емкостной связи между лампой и проводом с переменкой.
Здесь возникает парадокс.
Если емкость конца лампы не зависит от расстояния, то емкостная связь тоже не будет зависеть от расстояния. Что в десяти метрах, что в 100, или в километре, или даже в соседней галактике так одна пикофарада и остается!
Это значит, что (если мы не используем традиционные конденсаторы) емкостной связи тут нет!
А есть антенная связь через электромагнитное поле. А коэффициент такой связи будет зависеть от напряженности поля и параметров антенны.
(Это к вопрорсу об электродном разряде).
Кстати, в/в конденсаторы применяют для отбора мощности от в/в линий электропередач. И такие конденсаторы выпускаются промышленностью.
Наткнулся на схожую тему. Обсуждался (в 2009 г.) вопрос освещения от ЛЭП.
http://talks.guns.ru/forum_light_message/89/494848-m11958773.html

[vek88]

Ponchik в сообщении #425890 писал(а):

О емкостной связи между лампой и проводом с переменкой.
Здесь возникает парадокс.
Если емкость конца лампы не зависит от расстояния, то емкостная связь тоже не будет зависеть от расстояния. Что в десяти метрах, что в 100, или в километре, или даже в соседней галактике так одна пикофарада и остается!
Это значит, что (если мы не используем традиционные конденсаторы) емкостной связи тут нет!
А есть антенная связь через электромагнитное поле. А коэффициент такой связи будет зависеть от напряженности поля и параметров антенны.

Да, понятие емкостной связи тоже пережиток, идущий от привычной теории цепей с сосредоточенными параметрами. А вот сама емкость конца лампы имеет значение. К примеру, неонка без моих припампасов из коробки от печенься не светится - слишком мала в этом случае емкость - следовательно, не можем мы от наводимой электрическим полем э.д.с. получить достаточный ток.

Ну, антенной связью я бы не стал это называть. Мы ж не говорим об антенной связи в обычном трансформаторе (это мы называем электромагнитной индукцией). А в нашем случае это, фактически, электростатическая индукция. Конефно, строго говоря, это не статика. Но для малых частот порядка 50 Гц - это явно квазистационарный режим. Соответственно, применимы понятия электростатики в каждый конкретный момент времени.

Хотя, впрочем, не силен в терминологии. Вопрос к общественности - как правильно называется наводимая (постоянным или низкочастотным) электрическим полем э.д.с?

Видимо, вопрос о коэффициентах связи ИМХО вообще надо снять. Вместо этого - э.д.с. электростатической индукции, равная разности потенциалов между эквипотенциалями, в которых находятся концы лампы.

Похоже, мы можем поздравить себя. В результате обсуждения теория явления поднялась с интуитивного уровня на достаточно понятный формальный уровень.