Это в свое время побудило Максвелла назвать энергию, проходящую через конденсатор, «током смещения». Он полагал, что ток смещения имеет такое же магнитное поле, как и ток проводника. Выходило, что силовые линии переменного электрического поля всегда должны создавать замкнутое переменное магнитное поле. А переменное магнитное поле должно создавать замкнутое переменное электрическое поле. Этот процесс, периодически повторяясь, приводит к возникновению электромагнитных волн.
Из этих рассуждений получалось, что между пластинами конденсатора должно существовать замкнутое вихревое магнитное поле (рис. 1).
Физиков XIX века волновал вопрос, так ли это. Подтвердить это из-за несовершенства техники им удалось лишь косвенно, а потом о проблеме забыли.
В 1992 году решил к ней вернуться Владимир Миславский — ученик 7-го класса одной из школ г. Звенигорода. Еще учась в четвертом классе и томясь от летней скуки в доме отдыха, где он отдыхал с родителями, Володя читал книгу В.Карцева «Приключения великих уравнений». Наверное, он многого бы в них не понял, но случайно поблизости оказался некий гражданин. Он все растолковал, все стало не только понятно, даже интересно. Новый знакомый уехал, а Володя остался размышлять.
Для того чтобы уловить магнитное поле, он решил поместить между пластинами конденсатора магнитопровод с катушкой. Физики далекого прошлого такой опыт поставить не могли, ибо им пришлось бы сделать магнитопровод из железа, а оно, будучи проводником, сильно повлияло бы на поле конденсатора. А в распоряжении Володи был феррит — прекрасный диэлектрик.
Володя склеил из плоских ферритовых антенн рамку размером 30x40 см и поместил ее между пластинами такого же конденсатора (рис. 2).
На рамке он намотал обмотку из сотни витков. В первом опыте Володя присоединил ее к осциллографу, а на конденсатор подал напряжение частотой 10 кГц от школьного звукового генератора. На экране появилась синусоида. Это говорило о том, что магнитопровод поймал магнитное поле между пластинами конденсатора.
После этого В.Миславский поменял местами генератор и осциллограф и опять увидел на экране синусоиду. Переменное магнитное поле, возникавшее в рамке от протекавшего по ее обмотке тока звукового генератора, вызывало вихревое электрическое поле. Оно периодически заряжало пластины конденсатора, а изменение напряжения на них было видно на экране осциллографа.
Володя делал опыты еще на базе советской школы. Год назад мы обзвонили учколлекторы Москвы, и оказалось, что многие продавцы слова «осциллограф» не знают. Что ж, опыт можно производить и без осциллографа. В один из памятных вечеров Володя принес на заседание Патентного бюро «ЮТ», кроме рамки с конденсатором, небольшой ламповый генератор 1 мГц. На наших глазах, когда ламповый генератор присоединили к пластинам конденсатора, от обмотки на ферритовой рамке вспыхнула лампа накаливания на 6 В (рис. З).
Когда же к обмотке присоединили генератор, то от пластин ярко засветилась «неонка». Опыт Володи Миславского очень полезен для более глубокого понимания сути электродинамики. Чтобы его воспроизводить в школе, мы даем схему простого лампового генератора.
Но иному нашему читателю подавай практическое применение. Пожалуйста, вот вам на рисунке безобмоточный трансформатор Миславского (рис. 4).
Это ферритовая рамка между обкладками конденсаторов. Энергия, проходящая через пластины одного конденсатора, через магнитопровод перейдет на пластины другого. По закону сохранения энергии можно записать C1xU12/2 = C2xU22/2, или C1/C2 = U12/U22. Это означает, что в системе может происходить трансформация напряжения. Опыт это подтверждает.
Трансформатор Миславского полезен там, где обычный трансформатор не может работать. На высоких частотах в обычных трансформаторах начинает сказываться межвитковая емкость.
Она как бы шунтирует его. Кроме того, возрастает сопротивление обмотки из-за «скин-эффекта» — стремления токов течь только по поверхности проводника, не заходя в глубину.
В трансформаторе Миславского таких потерь нет, и на частотах выше 100 МГц он становится выгоднее обычного. Учитывая, что современные ферриты работают на частотах в сотни гигагерц, трансформатор Миславского может найти применение в силовой электронике, например, для согласования генератора и антенн радиолокационных станций.