[Решено] Емкость планарного конденсатора

[phil311]

Ну вот.... "Это – дилетантская точка зрения на теоретиков".... Начинается.... Самозащита профессионалов от дилетантов и прочих "шизофреников"... Не хотелось бы этого делать, но видно придется "бить себя пяткой в грудь" и чего-то доказывать. Типа того, что когда-то закончил физфак довольно-таки приличного университета по кафедре экспериментальной физики, специализация в области "физики твердого тела" (на теоретическую, однако умишка все-таки не хватило), работал в НИИ, поддерживал в рабочем состоянии вакуумную установку (в частности менял масло в диффузионном масляном насосе), напылял на ней с помощью магнетрона тонкие пленки ниобия на сапфировую подложку (в атмосфере аргона), делал джозефсоновские контакты "металл-окисел-металл", снимал их вольамперные характеристики при температуре жидкого гелия, решалась задача построить на эффекте Джозефсона стандарт напряжения с погрешностью не более 10 в минус 9-й степени Вольт.
В процессе учебы и работы успел пообщаться с разными физиками, экспериментаторами и теоретиками, не только по книгам, но в реальной жизни. Да собственно, прочтите хотя бы сборники "Физики шутят" и "Физики продолжают шутить", вспомните что "в каждой шутке есть доля шутки", и сделайте выводы.... В принципе согласен, что для того, чтобы стать профессионалом в той же физике (да в чем угодно), надо этому посвятить как минимум всю жизнь. Я же этого не сделал, теперь вот в качестве доцента кафедры философии читаю лекции студентам не только по "философии вообще", но и спецкурсы по "философии науки и техники" в частности.
Пишу докторскую по той же специальности. То есть я что тут пытаюсь доказать, дорогой Воук, что пусть Вы имеете дело с дилетантом, но по крайней мере с довольно-таки неплохо подготовленным дилетантом. Читавшим не только Пушкина и Гоголя, но и Спинозу, Канта и Гегеля, а также массу всякой литературы по "методологии науки". Так что вот таким вот простым "щелчком по носу" по поводу дилетантов Вы тут от меня не отделаетесь, даже не надейтесь
Осмелюсь, дорогой Воук, с Вами поспорить, и утверждать противположное, а именно, что те, кого Вы выдаете за "настоящих" теоретиков, как раз "ненастоящие" и наоборот. Те, которые таки подгоняют свои формулы и теории к реальности, это по сути те же экспериментаторы, но с некоторыми навыками теоретического мышления. Как говорится "нет ничего практичнее хорошей теории". А самые настоящие теоретики - это люди вроде Эйнштейна, которые ставят своей задачей доказать, что Сам Господь Бог при сотворении мира не имел якобы иной альтернативы, кроме как воспользоваться теми формулами, которые этими теоретиками собственноручно выведены. У теоретиков есть такая шутка "если факты противоречат теории, то тем хуже для фактов". Обратите внимание, что Эйнштейн в общефилософских вопросах придерживался взглядов Бенедикта Спинозы, и даже использовал спинозистские аргументы в методологических спорах с Нильсом Бором по вопросам интерпретации квантовой механики. С "копенгагенской трактовкой" Эйнштейн так и не согласился до конца жизни. Эти два великие ума 20 века так и не смогли договориться между собой, и если я верно понимаю этот сложный вопрос, "квантовый" и "релятивистский" способы описания реальности остались так и не согласованными между собой до сих пор. Единой науки и единой стройной научной картины мира нет до сих пор. А "строительство" этих вещей очень напоминает описанное в Библии "строительство Вавилонской башни".
Ну а если после чтения всех тех книг все-таки решил "поесть курочки", значит была к тому некая мотивация. Прочитал 10.000 книг, разумеется, так ничего в них и не понял, и решил, что есть курицу полезнее для здоровья.... Боюсь, что методологические споры заведут нас тут очень далеко в "оффтоп", прямо хоть новую ветку открывай. Но я бы лучше почитал с удовольствием ту ветку, которую обещал создать ТауП10.

[tauP10]

Заходите в гости , не ссорьтесь
https://kazus.ru/forum/topics/10993.html

[phil311]

Дорогой ТауП10! Да мы не ссоримся, мы просто прикалываемся... Однако очень интересную ветку Вы создали, ну просто жуть как интересно. Было бы жаль, если бы обнаруженный эффект объяснился какими-нибудь банальными причинами (а так чаще всего и бывает, Воук прав). Пока воздерживаюсь от своих комментов в той ветке, пока Вы не разрешите. Напишу кое-что здесь.
Большая часть предложенных объяснений мне показались малоубедительными. Подробнее их разбирать пока не охота. Если найти правильное объяснение, то неправильные отпадут сами собой....
Первым делом я бы обратил внимание на метрологию. Что за прибор такой LCR817 Instek, не китайцы ли его делали, какова его паспортная погрешность измерений, давно ли он проходил очередную поверку в БИПе? Аналогично с E7-8, какова паспортная погрешность, давно ли была поверка? Ну он конечно "прошлого века", но это добротный советский прибор, не китайский. Если он прошел поверку, можно верить. Кстати, емкость он дает ближе к расчетной. А формула Воука, судя по всему, верна.
Обратите внимание на Вашу же таблицу, опубликованную Вами ранее (см. выше в этой ветке). С теми же пластинами 210х300 при расстоянии 10 мм получилась емкость 6,5 пФ, при расст. 20 мм - 5,2 мм. На этот раз расстояние Вы сделали 26 мм, логично ожидать дальнейшего уменьшения емкости, ну скажем те самые 4,7 пФ которые намерял Е7-8. Однако у Вас ТОТ ЖЕ САМЫЙ "Инстек" намерял на этот раз 5,65 пФ!!! Вывод: либо "Инстек" просто "брешет как собака", либо Вы повторяли опыт в изменившихся условиях окружающей среды, какие-то паразитные емкости таки внесли свои коррективы.
Однако.... Посмотрел сейчас в Нете, что за прибор "Инстек 817". Это оказался большой серьезный ящик по цене 1377 долл. США. С заявленной погрешностью 0,05%. То есть при емкости 5 пФ погрешность должна якобы составлять не более 0,0025 пФ!!!
Есть на прибор и даташит и мануал (см. http://www.testequipmentdepot.com/in...rs/lcr-817.htm). Правда, смущает частота измерения. С одной стороны, низкая (звуковая) частота - это хорошо. Меньше всяких паразитных ээфектов. С другой стороны, измерять на такой низкой частоте такие малые емкости как 5 пФ, имхо представляется несколько проблематичным. Я бы предпочел не очень старый советский прибор (не помню тип) производства 80-х тоже какой-то Е-... который измерял на частотах 100-150 Мгц резонанс и легко ловил единицы пик и наногенри индуктивности с приличной точностью. Хотя и был не цифровой, а аналоговый. Жаль, что такого теперь под руками нет, а то бы я занялся измерениями... Впрочем поищу что-то взамен среди знакомых....
Не поленился поискать и Е7-8. Оказалось, это тоже вполне приличный цифровой (а стало быть уже не очень старый по году выпуска) ящик по цене 11.500 рублей
(http://www.mprofit.ru/descr338.htm). "Измеритель иммитанса". Измеряет на частоте 1000 Гц. Пределы измерения емкости написаны как-то хитро: плюс минус 0,01 пФ - 100 мкФ. Непонятно, то ли измеряет от 0,01 пФ, то ли это погрешность измерений (тогда при каких величинах емкости? При таком диапазоне следует указывать относительную, а не абсолютную величину погрешности). Про погрешность этого прибора отдельно и конкретно ничего не нашел.... Но так вот на вскидку по общим впечатлениям, оба эти приборы должны бы давать достаточно для наших целей достоверные и практически совпадающие показания. А коли это не так, то либо один (или оба) прибора неисправны или неоткалиброваны и "врут", либо в самыих измерениях есть какие-то нюансы, которых мы не заметили и не учли....
Однако частота в самом деле здорово убежала, это не похоже на эффект в пределах погрешности измерений. Надо конечно еще внимательно посмотреть на все эти данные и подумать.... Интерпретаторы в той ветке форума опять пошли по скользкому пути рассуждений о некоей абсолютной емкости, которые имхо не ведут никуда, только в тупик. Абсолютная емкость имеется у отдельного уединенного проводника. В конденсаторе с двумя обкладками в этом понятии нет необходимости. будь он плоский планарной или свернутый по спирали в трубочку. Простите, Воук, руку на отсечение не дам, но если мне докажут иное, то готов признать себя полным кретином, не понимающим основ элементарной школьной физики (хотя приходилось в 90-х эту физику в школе преподавать и показывать разные опыты, в том числе по электростатике и электродинамике).
Предлагаю ТауПу10 проделать МЫСЛЕННЫЙ (дабы уже не выгнали с работы за левые исследования в рабочее время ) или ДОМАШНИЙ эксперимент. Разместить под этими двумя пластинами - еще одну, размерами 420х300 мм. На расстояниях 10,20, 50, 100 мм... Это и будет имитация влияния посторонних предметов, начиная от "земли" и заканчивая листвой за окном и грозовыми облаками на небе... Только более явственная и ошутимая. Посчитать теоретически насвкидку емкость такого трехпластинного кодёра мне кажется сложновато. С одной стороны, получится два последовательно соединенных одинаковых конденсатора (то есть емкость одного пополам), с другой стороны не надо забывать и про исходный планарный конденсатор, поле которого мы частично заэкранировали с одной стороны и значит его емкость изменилась.... Но я хочу сказать другое. ИМХО, каким бы методом не измеряли эту емкость, по резонансу в контуре или как иначе, она обязана получиться одинаковой. Если мы правильно учтем все погрешности и нбансы типа паразитной междувитковой емкости в катушке. Кстати, межвитковую емкости можно существенно снизить, если мотать не виток к витку, а "вразрядку".... Это мое возражение тем, кто почему-то решили, что указанные приборы меряют почему-то только "относительную" емкость между пластинами, а при измерениях через резонансный контур надо еще и учитывать то ли емкость пластин относительно "земли", то ли "абсолютную" емкость каждой пластины приплюсовывать к относительной....
Что касается необходимости учета "антенного эффекта" такого открытого контура... Даже не знаю сразу, что тут сказать.... Только пришла в голову мысль, что для классического диполя кажется никто еще до сих пор не замечал, чтобы излучение диполем ЭМ поля как-то влияло на его распределенные емкости и индуктивности. Напомню твердо установленный факт: емкость конденсатора однозначно определяется геометрией проводников плюс проницаемость диэлектрика. Если отвлечься от каких-нибудь экзотических вещей типа нелинейных эффектов в диэлектрике в сверхсильных полях.... Кстати, ни слова не сказано, что за генератор использовался? Может быть, в контур закачивались сотни Ватт, катушка грелась и частота уходила? Впрочем, это скорее из области шуток. А зачем последовательный резистор понадобился? Чтобы согласовать цепь с выходным сопротивлением генератора? А если без резистора? Можно прикинуть сопротивление контура по известной формуле "корень из эль деленного на цэ", посмотреть коээффициент трансформации 1:10 по напряжению, значит 1:100 по сопротивлению. То есть чтобы входное сопротивление системы подгонать к величине 50 Ом, надо сделать контур сопротивлением 5 кОм. А для этого достаточно просто подобрать нужное соотношение емкости и индуктивности контура. А резистор 51 Ом плюс некое сопротивление системы, приведенное к катушке связи, получается неизвестно что.... Если вот таким образом добиться согласования, то интересно, что будет.... Может быть, эффект пропадет.... а может быть усилится.... И это могло бы дать дополнительную информацию к размышлению... Только мне уже СОВЕСТЬ не позволяет просить ТауПа10 продолжать какие-то измерения на работе.... А то ведь и в самом деле до серьезных неприятностей с начальством можно достукаться, кроме шуток....

[tauP10]

По секрету, только Вам phil311, скажу
емкость планарного изменилась на чуть чуть потому что перенес в другое место , для удобства опытов. Но суть это не меняет.
Насчет влияния витка связи с генератором : тоже не стоит придираться. Индуктивность рассеяния на частоте 10 кгц (выше померять нечем) при замыкании этого витка накоротко , первичная индуктивность меняется с 5,7 на 0,1 , до 5,6 мкГн . Конечно на высоких частотах побольше будет но не фатально.
Мало того, и я об этом не писал в той ветке: Кроме генератора Г4-116 с 0,1 Vэфф я использовал ключевую схему с механическим размыкателем и разрядной емкостью 100 pF. Автоколебания наблюдались и при замыкании (сильные) и при размыкании(слабее ессно). Запоминались только при размыкании запоминающим осциллографом TDS2012. период с обеими емкостями очень строго соответствовал данным по резонансу от генератора. Добротность с керамикой по экспоненте затухания была примерно в 3 раза выше чем с планарным конденсатором. Точно добротность по затуханию я измерить не смог по некоторым причинам . Вобщем данные схожи.

меня не будет пару дней - уезжаю на дачу, пора привыкать как говорят " к земле"

[phil311]

А вот еще где может быть собака зарыта...
Частота 27 Мгц, длина волны 11 метров. Дело происходит скорее всего внутри помещения с железобетонными стенами и перекрытиями (лучше бы это был деревянный или кирпичный дом!!). Длина волны вполне сопоставима с размерами помещения. Планарный конденсатор в качестве антенны излучает ЭМ волны. В помещении возникают стоячие волны. Которые опять-таки принимаются конденсатором-антенной... И искажают результаты измерений. Лучше бы все это делать в безэховой камере, или на худой конец в деревянной сельской избе либо на открытом воздухе... Одно дело мы меряем емкость на частоте 1 или 10 кГц. И совсем другое когда ищем резонанс на частотах порядка 27 Мгц. Вот я тут как-то пытался сравнить разные антенны диапазона 70 см (435 МГц) по измерителю напряженности поля внутри квартиры (комната 5 х3,5 метра). Так это же тихий ужас просто. Чуть сместишь антенну, и показания уже другие. А антенны разной пространственной конфигурации вообще бессмысленно и пытаться сравнивать между собой в таких условиях....
Применительно к опыту Тау - тут надо еще поразмыслить, до какой степени отражение волн длиной 11 метров от стен помещения могут повлиять на результат. Однако было бы интересно повторить подобное при других условиях - хотя бы на других частотах, а еще лучше не посреди железобетона хотя бы... Лично у меня пока такой возможности нет (отсутствуют измерительные приборы), может быть позже что-то придумаю. Остается надеятся, что найдутся любознательные люди, которым не лень будет сделать что-то подобное...
А вообще-то мне кажется, что в опыте Тау пластины продолжали лежать неподвижно, и их положение относительно "стоячей волны" по крайней мере не менялось... Будет ли при таких условиях "сдвиг частоты"... Что-то пока не сообразил, надо подумать...

[phil311]

Дорогой Тау!
Вы пишете "емкость планарного изменилась на чуть чуть потому что перенес в другое место". Но я в этом не вполне уверен - что именно потому. Может быть, потому, а может быть по чему-то иному... Со всякой измериловкой много всяких фокусов бывает... Если мы чего-то намеряли, это еще не значит, что на самом деле именно столько и есть... Это еще не факт... Надо проверять или перепроверять...
Конечно 100 мВ от ГСС - это совсем немного. Можно было, пожалуй, спокойно и 1 Вольт подать... Собственно я говорил не про катушку связи как таковую, а про последовательный резистор 51 Ом. И так 100 мВ, да еще резистор какой-то, сколько же мВ реально было на самой катушке связи? Почему бы не раскачать контур одним Вольтом без резистора? А как согласовать по сопротивлению, написано выше...
Однако же насчет "стоячих волн" в качестве объяснения эффекта я, кажется, несу полную чушь. Они могли сказаться на неких амплитудах, как в моих попытках мерять напряженность поля разных антенн в помещении... Но они не могли сдвинуть частоту резонанса.... Вообще странно, добротность снизилась в 2,6 раза, а частота уехала вниз с предполагаемых 26,7 МГц до 19,7 Мгц (отношение частот 1,36 - весьма немаленькая величина). Впрочем, не думаю, что при такой разнице частот есть заметная разница в величине скин-эффекта. Для проверки можно найти формулу и прикинуть... Тангенс угла потерь в обеих конденсаторах одного порядка, практически совпадает. То есть не выходит, что просто один конд

[phil311]

...что просто один конденсатор намного добротнее другого. Получается, что либо емкость планарника увеличилась почти в два раза, либо индуктивность увеличилась в два раза (при этом частота меняется в корень из двух раз, что близко к значению 1,36). Либо и емкость и индуктивность выросли в корень из двух раз.... Либо что-то еще, совсем уже непонятное... А что же такое с доротностью случилось???
Заранее соглашусь с Воуком, что рано еще хлопать в ладоши по поводу открытия "нового физического эффекта".... Надо еще проверять и повторять. Желательно, чтобы тот же опыт повторили у себя совсем другие люди. А вдруг ни у кого больше не получится? И тогда эффект не станет "научным фактом". Надо честно и добросовестно исключить все возможные объяснения, не выводящие за рамки известного (если только в самом деле их удастся исключить ). Нет, ну в самом деле какие неизвестные эффекты можно открыть в колебательном контуре из обычной катушки и почти что обычного "планарного" конденсатора? Вот сейчас, в начале 21 века, спустя более 100 лет после открытия ЭМ волн и изобретения радио? Ну не может в такой банальной системе быть ни "аксионных полей", ни "квантовых флуктуаций нулевой энергии вакуума"...
И все-таки, имхо, я бы раздвинул витки катушки просто для того, чтобы уменьшить ее междувитковую емкость... Хотя это к существу дела, пожалуй, никакого отношения и не имеет... Еще бы исключил на всякий случай керамику. Зменил бы на кондёр с воздушным диелектриком такой же (или другой) емкости. Изготовить его несложно из таких же пластин, скрепив их по углам небольшими кусочками диэлектрика, достаточно малыми, чтобы их не учитывать. Ну чтобы опыт был в максимально чистом виде. Там воздушный диэлектрик, и тут тоже. А разница ТОЛЬКО в расположении пластин - либо в двух параллельных плоскостях, либо "планарно". либо закрытый контур, либо открытый... Есть и такой вариант - разместить две пластины параллельно и достаточно далеко (порядка 210-300 мм друг от друга). Померять емкость (можно и посчитать по школьной формуле), а потом включить между ними ту же катушку и найти резонанс.... В общем-то тоже приоткрытый контур получается (силовые линии не только в объеме пространства между пластинами). Интуитивно кажется, что эффект и тут будет, но меньшей величины...
Интересно было бы услышать что-нибудь по поводу всего этого "безобразия" от Воука.... А Тау желаю хорошо отдохнуть на даче, подышать воздухом и выкинуть на время все эти проблемы из головы....

[phil311]

А еще можно было бы постепенно разворачивать пластины от параллельности до планарности (т.е. на угол от нуля до 90 градусов) и попытаться снять функцию зависимости наблюдаемого "эффекта" от угла поворота пластин.... Разумеется, обе пластины надо поворачивать каждый раз одновременно на одинаковый угол...
Формула Томсона тут ни в чем не виновата, и никто, кажется, опровергать ее не собирался. Просто наблюдалось то, что наблюдалось. А каково объяснение наблюденного - вот в том-то и вопрос... Формула Томсона достаточно хорошо уже проверена с обычными конденсаторами и катушками, в том числе даже и мной собственноручно. Почему бы ей не работать для планарной емкости, просто ума не приложу. М.б. с самой емкостью тут что-то происходит? Может быть уже буквально излучаются "продольные волны эфира"? Которые разлетаются со сверхсветовой скоростью? Шута, конечно....По правде говоря, в это поверить весьма трудно.... Когда начинал делать первую такую антенну, надежда была (да и то не особо сильная) получить некий малогабаритный суррогат с более-менее приемлемыми характеристиками. Да и Кононов вроде бы сверхъестественных чудес не обещал....

[ALEX__A]

ALEX__A

Цитата:

На мой взгляд, для сравнения качества традиционных антенных систем и "ЕН - антенн" следует воспользоваться следующей практической методикой: 1. Строго по описанию создать "ЕН - антенну" и подключив её к измерителю АЧХ получить указанную характеристику в широком диапазоне частот. Отметить максимумы этой АЧХ, т.е. те частоты, где указанная антенна максимально эффективна. 2. Расчитать и построить классическую полноразмерную антенну на одну из полученных частот. Подключив полученную конструкцию к измерителю АЧХ сравнить значения амплитуд классической и "ЕН - антенны". Форма АЧХ значения не имеет, сравниваются лишь максимально достижимые уровни амплитуд в выбранном, достаточно высокочастотном (для уменьшения габаритов классической антенны) диапазоне. 3. На основании проведенных измерений сделать выводы об эффективности антенн. С уважением, Алексей.

Можете приступать
ЗЫ если у Вас будут сложности со "строгим описанием", зайдите на http://www.eh-antenna.net/teo.htm Обратите особое внимание на "расширенные уравнения Максвела в 3-х мерном пространстве". И учтите, что если у Вас НЕ-антенна "будет работать плохо, значит Вы ее плохо настроили". Настраивайте еще.

Уважаемый vouk !

Для Вашего понимания моего отношения к подобным "антеннам", прошу обратить Ваше внимание на написания термина "ЕН - антенны" в моих сообщениях.

Однако, описанный мною метод испытания двух антенн не требует настройки "ЕН - антенны", поскольку мы отталкиваемся от обратного, т.е. от частоты где будет находится максимум АЧХ построенной "ЕН-антенны", после чего на эту частоту строится классическая антенна и производятся сравнения. Указанный метод объективен, широко используется для сравнения классических антенн и способен пролить свет на эффективность подобного рода "антенн".

С уважением, Алексей.

[phil311]

Дорогой ALEX_A !
Если Вы в самом деле "гуру форума", то посмотрите,
что там намерял Тау (тема "Парадокс открытого контура" https://kazus.ru/forum/topic_10993-0-asc-0.html ). И объясните простым смертным, как же
это такое могло получиться? А не разменивайтесь
по пустякам, обсуждая нюансы методик сравнения
разных антенн.