LC 諧振

在 <FuelLess Engine>的文件中,提到線圈要併上電容,達到收集 free energy 的目的。在電路學上,電感(L)與電容(C)併聯,當外加的電壓的頻率為LC的諧振點時,其併聯阻抗為無限大。因此,經由洽當的配置,可以使此磁能馬達的供應電流有效的降低。

下面是在網路上找到的LC 諧振的口語化說明,可以做為此觀念的建立。

一個週期性變化的信號可以藉由電感以及電容組成的共振線路來提供。

將導線繞成螺旋狀的線圈便可形成一個電感,當電流流經線圈時,會在線圈內形成磁場。若是電流隨著時間發生改變,則線圈內的磁場也會因而發生變化。當線圈內的磁通量將發生變化前,便會在線圈上形成感應電動勢 (感應電動勢=沿著線圈感應電場與路徑向量內積的總和)。

感應電動勢的產生,是由於自然界(空間)的另外一種『慣性』:不希望磁通量發生變化的特性。因此當磁通量發生變化時,會產生對應的感應電動勢,想要抵銷磁通量的變化。簡單的說感應電動勢正比於磁通量的變化量。電感等於單位時間內想有單位電流的變化時,所產生的感應電動勢。換句話說,當線圈的電流發生改變的同時,電感便會形成感應電動勢來減緩電流的變化。

對於交流正弦的磁通量變化,所產生的感應電動勢也會是正弦函數,不過相差了90度相角 (餘弦)。至於感應電動勢 (電場) 的方向如何決定呢?它的存在是為了想要阻止電感上的電流發生變化,因此必然與電感上原來的電動勢方向相反。如此與原有外加的電動勢相加,才能造成抵銷的效果。

如此循環,則可以源源不斷的增加電流與磁場,而不需要外界提供任何能量。由於能量不可能無中生有 (只能從一種形式轉換成另一種形式),因此感應電動勢必然需要與原有的電動勢方向相反。否則便違反能量守恆定律。簡單的說:電感不希望流經它的電流發生變化。

兩片平行金屬板便可以形成一個電容,當加上電位差於兩端時,會在平行金屬板間建立電場。

任意兩金屬間,當加上一個電位差時,藉由電子的運動使得兩金屬體上分別形成正負電荷的分佈。金屬板上電荷增加,於是在附近空間形成電場,於是金屬板間也會形成電位差。當電位差逐漸增加時,流到金屬板上電流便會逐漸減少。直到兩者相等時,不再有電流充電。電容可以想成是一種儲存電荷 (電能) 的裝置,當電容兩端的電壓增加時,所能夠儲存的電荷也與電壓等比例的增加。

於是定義電容兩端加上單位電壓時,所能儲存的電荷便是其電容值。

電容:電荷的容量

由於電容兩端的電壓 (電位差) 與所儲存的電荷量成正比。若是想改變電容兩端的電壓則必先有電流的形成,經過一段時間的充/放電後,電壓才會改變。我們說電容兩端電流的變化超前電壓變化。(對正弦變化的電流而言,則電容電壓會是餘弦函數,兩者相位差90度)

若是我們將電容與電感串接在一起,然後兩端加上電位差時。

由於線路上即將會形成電流的變化,於是會在電感兩端形成感應電動勢。

此感應電動勢與剛接通瞬間電源電壓相同。但電感本身也具有電阻值,於是形成電流。

接著電流開始增加:

此電流便會在電容兩端充電,而逐漸形成電位差,電感兩端形成感應電動勢則會逐漸減少,於是電感兩端的電位差便逐漸減少。當電感電壓逐漸減少的同時時,電流逐漸增加使得電容電壓逐漸增加,當電感電壓為零時,電流也增至最大,此時電容兩端的電壓等於電源的電壓。

再來電流開始減少:

此電流繼續使電容充電,電容兩端電壓大於電源電壓。

由於電流的減少使得電感兩端形成負的電位差。電容電壓加上電感電壓仍然等於電源電壓。

當迴路電流變為零,此時電感兩端有最大的負電壓,電容兩端則有最大的正電壓。

接下去和剛開始時類似,只是電流方向相反。最後回復到剛開始一樣的情形。

於是以特定的頻率周而復始繼續的變化。

此特定的頻率由電容與電感值所決定。

由於線路中存在電阻,能量會逐漸損耗,實際的最大電流/電壓都會逐漸減少。

若要變化繼續維持,可以加上交流變化的正弦電壓訊號。

此時若是所外加的正弦電壓頻率會影響最大的電壓或電流大小。

當外加的電壓信號頻率與原來振盪頻率越接近時,其電壓/電流也會越大。

這種現象稱為共振或諧振(resonance)。

串聯及並聯的諧振頻率