L'électricité statique

Oh, ce qu'elle était une expérience spectaculaire et fascinant! Quel plaisir cris et se tourna dames pâles, quand les scientifiques manifestants Être importance extraites de appauvries Cavaliers étincelles longue bleu-violet lorsque la simple en mains ACTUELLES sont allumées l'alcool, et une poignée de poudre à canon, lorsque plusieurs dizaines de messieurs, tenant par la main, a reçu un coup de massue, avait seulement deux extrêmes apparemment inoffensif pot de verre de contact ...

Tous ces effets ont été causés par la suppression d'un moyen ridiculement simples: une tige de verre frotté avec de la fourrure sèche, la rotation des billes de verre et des cylindres, le frottement de la paume humaine, isolé du sol.

La fascination universelle en électricité par friction dans la seconde moitié du XVIIIe siècle peut être comparé seulement avec enthousiasme, une centaine d'années avant cette découverte causée par la pression atmosphérique. Même les scientifiques les plus sobres ont succombé à l'ivresse générale. Comme l'a déjà essayé de tout réduire à l'action de la pression atmosphérique, donc maintenant réussi à voir la manifestation de l'électricité et dans la rotation des planètes autour du soleil, et dans le cas d'un tremblement de terre, et pour de nombreuses maladies. Il n'y a pas d'accident 1750 - 1780-s inclus dans l'histoire de la physique comme une «période d'électricité à partir de friction."

La fin de cette période a marqué la «création d'un dispositif qui, par son action est similaire à la bouteille de Leyde ... mais qui, cependant, fonctionne en continu, à savoir sa charge après chaque décharge est restauré par lui-même." Donc, en 1799 A. Volta décrit sa batterie électrique - une grande invention, radicalement changé tout le cours des études électriques.

pile voltaïque, qui a donné la possibilité de recevoir un des courants relativement importants aux basses tensions, les scientifiques ont porté sur l'action magnétique, mécanique et thermique du courant électrique, qui à la fin du XIXe siècle, a constitué la base de l'ensemble de l'ingénierie électrique. Mais seulement dans le XX siècle, il a commencé à raviver l'intérêt pour la fois abandonné "électricité à partir de friction." Et la raison de cette renaissance a été l'invention importante faite à la fin du siècle - la décharge couronne ...

Vraiment décharge "corona"

L'expérience industrielle du siècle dernier a été témoin principalement sur les actions négatives de «l'électricité de frottement." Sans même le savoir, les ingénieurs ont construit un énorme générateur électrostatique et, hélas, assez haut rendement. Nous disons «malheureusement» parce que leur performance confirme les fortes explosions à une usine de poudre à canon, des moulins à farine et les usines de sucre.

Il se trouve qu'il est impossible de transporter le sucre, la farine et toute la poudre sèche de tous les tuyaux ou les convoyeurs déjà qu'ils ne sont pas accumulées dans la charge électrique. Cuir et caoutchouc ceintures pour poulies tournantes également chargées électrostatiquement à une tension très élevée. Papier, tissu, cordes en caoutchouc ou du ruban adhésif - ils fortement électrifiées au cours du traitement. Et si suspendu dans l'air, poussières combustibles bien - par exemple, la farine ou le sucre en poudre - puis a glissé du corps d'étincelle électrifiée peut provoquer une explosion.

XX siècle énormément élargi la portée des manifestations néfastes de l'électricité statique. D'innombrables matières plastiques, des fibres artificielles et synthétiques, les revêtements et peintures, l'huile, les produits pétroliers et d'autres électrisante liquide - ce n'est pas une liste complète.

Électrise l'avion pendant le vol. Électrise l'huile pendant le pompage par des pipelines, électrifiée même les couples dans le processus d'évaporation et de mouvement à travers les tuyaux. Par conséquent, dans cet âge de l'attention des spécialistes, il a d'abord été dirigé principalement au fait que réduire l'efficacité des générateurs électrostatiques involontaires, pour se débarrasser de l'électrification et de ses conséquences désagréables. Et en plus d'hydratation des matériaux et des méthodes traitées semblent ionisation de l'air - des isotopes radioactifs et décharge par effet couronne ...

Si les deux plaques séparées par un intervalle de centimètre, appliquer une tension de plus de 30 mille, il y a une rupture -. Saute l'étincelle, l'air cesse d'être un isolant et devient conducteur. Et ce qui se passe si l'on applique une tension négative à 100 mille. Dans le fil, en passant dans le centre d'un rayon de 10 cm cylindre à la terre?

À première vue, rien ne devrait se produire: en fait, sur chaque centimètre de l'espace séparant le fil et le cylindre, il est nécessaire de ne pas 30 000 nécessaires à la rupture, mais seulement 10 000 ..

Donc, ce serait si nous parlions des plaques parallèles, créant un champ électrique uniforme dans l'espace. fil mince dans le cylindre génère un champ inhomogène, à proximité des parois du cylindre est plus faible, et dans la zone adjacente à la toile à 1 cm tension peut représenter plus de 30 000. C.

Les électrons de la surface de fuite avec des fils incorporés dans les molécules d'oxygène et de les transformer en ions chargés négativement précipiter à la paroi du cylindre sous l'influence d'un champ électrique. À ce stade, autour du fil, et il y a une lueur verdâtre - décharge corona. En rendant l'air conducteur, une décharge prend en charge des substances électrifiées.

Pour ce faire, il a utilisé en premier. Mais il est apparu que ce phénomène caché la clé d'une large application commerciale de l'électricité statique.

En 1905, l'inventeur anglais F. Cottrell a commencé à passer à travers le tube avec le gaz corona contaminé par des particules de suie et de cendres. Résultant de la décharge d'ions "colle" à la matière particulaire et les rapporte à une grande charge négative, après quoi ces particules sont rapidement éliminés par le champ électrique sur un mur à la terre du tube, à partir de laquelle le gaz purifié en conséquence.

décharge Corona, corps diélectriques autorisés à signaler des charges, de nombreuses fois plus que ceux qui pouvaient leur dire par friction, attacher une valeur commerciale à l'électricité statique. Des expériences, premier servi pour le divertissement, ont formé la base de dispositifs techniques importants et des processus. L'installation pour la séparation des divers mélanges granulaires en utilisant électrostatique. Il est devenu largement utilisé dans les procédés industriels d'impression, de papier et de films de traitement.

Le champ électrostatique est produit de coloration, l'application des particules abrasives, des poudres sèches, et même les fibres courtes sur toutes sortes de substrats. Le champ électrostatique et la couronne - les principaux participants du processus xérographique pour la reproduction rapide de texte et sans contact méthodes d'impression.

Dans le cadre de l'industrie et dans la vie "électricité à partir de friction", qui ont été emportés dans la seconde moitié du XVIIIe siècle et qui a fait peu pour les 150 prochaines années. Et dans cette pratique à croissance rapide des electrostatics secrets de grand intérêt pour le générateur électrostatique, nécessaire pour le fonctionnement de tous ces processus technologiques importants.

Le générateur sur le fil du rasoir

Le fait que l'électricité statique pendant une longue période n'a pas trouvé des applications pratiques utiles, un curieux effet sur le sort des générateurs électrostatiques. Alors que les appareils et les outils électromagnétiques de quitter rapidement les murs des laboratoires et l'acquisition de la forme "native", approuvé par le bureau du télégraphe, les usines et les centrales électriques, dispositif électrostatique languissait sur les étagères des salles de classe.

Bien sûr, nous ne pouvons pas dire qu'ils ne sont pas améliorées: entre la bouteille de Leyde, tige de verre de fourrure rechargeable râpé, et tout le familier influence de l'école machine est une distance énorme. Mais ni la tige de verre et de la fourrure ou influence la machine n'a pu être trouvée nulle part, sauf les salles de classe d'éducation physique: les sources d'électricité statique, presque un demi-siècle n'a pas améliorés comme des véhicules industriels, ainsi que des dispositifs de démonstration.

Par exemple, pour remplacer les machines dans lesquelles des sphères de verre, des cylindres et des disques de friction électrisent de laine ou de cuir, des coussins, est venu le soi-disant «induction» de la machine. Au cœur de leurs activités jeter un phénomène découvert par Volta et n'a aucun rapport avec la "induction", qui a été la gloire de Faraday.

Volta a noté que si, par exemple, à la plaque chargée positivement à proximité, mais pas pour amener le disque métallique de contact, isolé du sol, puis, sur sa surface faisant face à la plaque chargée de recueillir des charges négatives. Les charges également positives, en essayant de se déplacer loin de la plaque des mêmes charges, se réuniront à l'extérieur.

Si le sol pendant une courte période ce dehors, les charges positives ira dans le sol, et d'entraînement même dérivé de la plaque de champ serait chargé négativement. Décharge sur la bouteille de Leyde, vous pouvez répéter encore et encore toute cette opération, au cours de laquelle la charge de la plaque de message original lui-même est pas consommée, mais sans cesse "induit" - suggère - en charge du disque métallique.

La première machine, dans lequel toutes ces opérations ont été réalisées avgomaticheski, a été construit en 1831 par l'Italien Belli. Puis elle a amélioré les physiciens allemands Tepler et Goltz, et enfin, dans les années 1870 il y avait une machine électrostatique à induction Uimshersta décoration des bureaux physiques de l'école actuelle.

L'étude de la décharge électrique dans les gaz raréfiés a donné la première impulsion à l'amélioration des générateurs électrostatiques, et il est avéré que le maximum qui peut être pressé sur les machines multi-disques, est 300000. Et 1,2 kW.

L'étude du noyau atomique, il a fallu beaucoup de stress a conduit à de nouvelles conceptions. En fait, le générateur Van de Graaff et Felici ont commencé respectivement en 1930 et 1940, il ne diffère pas fondamentalement de l'autre. Au cœur de chacun d'entre eux était une énorme boule métallique creuse isolée en toute sécurité à partir du sol, sur la surface intérieure est un approvisionnement continu de la charge électrique. Seulement Van de Graaff utilisé pour charger pour alimenter la bande sur deux poulies tournantes et Felici - rotation rapide cylindre en plastique.

Le premier générateur de Van de Graaff, avec ruban, électrisé par induction, a été lancé en 1936 et 6 kW Voltage a donné 5 millions. C. Plus tard, pour l'électrification de bandes et cylindres a commencé à appliquer une décharge corona et les années 1950, à la disposition des scientifiques étaient de deux types de générateurs.

générateurs Van de Graaff produisent haute tension - jusqu'à 10-15 millions d'euros -. Aux faibles courants jusqu'à 1000 ca, et des générateurs Felici, au contraire, compte tenu des courants relativement élevés - jusqu'à 10 000 ca -. A des tensions plus basses, jusqu'à 1 million .. Mais un prix élevé pour obtenir ces caractéristiques!

Tout d'abord, la taille. Puissance du générateur de plusieurs dizaines de kilowatts est une structure de 5-10 m de hauteur. En second lieu, près de l'électrode sphérique, qui accumule la charge, aussi, il y a une «couronne». Pour supprimer l'ensemble de son unité doit être placé dans une enveloppe en acier étanche remplie d'un gaz sous haute pression. Ainsi, les générateurs Van de Graaff sont remplis d'un mélange d'azote et de dioxyde de carbone sous une pression de 30 atmosphères, et des générateurs de Felici - pression d'hydrogène de 25 atmosphères. En troisième lieu, l'usure relativement rapide des courroies et des cylindres conduit à la contamination du générateur de poussière de cavités internes

Pas très importante en ce qui concerne les générateurs uniques pour la recherche scientifique, ces lacunes sont intolérables pour les générateurs industriels qui doivent fonctionner de manière fiable pendant une longue période. Voilà pourquoi de plus en plus d'attention à l'élaboration d'un générateurs bon marché, fiables, puissants et compacts au cours des dernières années de génie électrique, en particulier électrohydrodynamique.

En effet, le déplacement chargé ceinture ou un cylindre rotatif peut être remplacé par un courant de fluide diélectrique chargé. Porter la charge dans son intégralité, ce fil doit créer beaucoup plus de courant que la bande ou le cylindre dans lequel la charge est seulement sur la surface.

La principale difficulté dans la création d'un générateur électrostatique fonctionnant sur le courant d'hydrocarbures - hexane, il était un message de la charge électrique du liquide. Puisque les méthodes classiques d'électrification - la décharge corona et le rayonnement radioactif - provoquant des changements indésirables dans les propriétés de l'hexane, les chercheurs ont dû trouver quelque chose de mieux.

Le prototype, qui a servi de base pour le développement, est un tube, qui a été inséré dans la cathode - un ensemble de minces lames en acier. Par lame tranchante avec un petit espace appartenu anode-grille, pour laquelle le générateur était situé collecteur.

Lorsque la pompe est mise à la pompe par un hexane de tube, les lames et à la haute tension de grille est appliquée, sous l'influence de laquelle les électrons coulaient de la lame à l'intérieur d'un fluide en mouvement, et rapporté sa charge dans les centaines de microampères. Certaines de ces charges réglées immédiatement sur une grille chargée positivement, et le résidu a été balayé l'écoulement de fluide à un collecteur, sur laquelle une accumulation de charge a eu lieu.

Le principal inconvénient de ce système est la neutralisation improductive "injecté" dans la charge nette sur le liquide. Par conséquent, la construction suivante de la lame de pointe sont disposées le long des parois du tuyau d'écoulement de liquide et le maillage a été roulée dans un tube et placé le long de l'axe du tube. Maintenant, les charges négatives découlant des lames, ont été incapables de neutraliser - flux les transporte vers le collecteur plus vite qu'ils ne pouvaient atteindre la grille.

Lors du test du premier modèle expérimental générateur électrohydrodynamique mis en place en Angleterre, je découvre une chose curieuse. Dès que la charge repose sur le collecteur, son champ électrique est de plus en plus résistant à l'afflux de nouvelles charges. Puis vient le moment où toutes les accusations cessent d'atteindre le collecteur, et de commencer à accumuler à la sortie de l'injecteur. Puisque les charges se repoussent les uns les autres, ils commencent à se déplacer vers les parois du tuyau et éventuellement le casser.

Voilà le danger de destruction mécanique du modèle de test de contrainte maximale limitée à 400 thous. En. Mais le prochain modèle dans lequel la conception a été modifiée en conséquence, vous permettant de créer une tension maximale de 2 millions. C. Générateur de pompe électrohydrodynamique qui a été entraîné par un moteur de 10 litres. s, et la vitesse d'écoulement dans la section d'essai était de 5 m / s.

Selon les experts, a maintenant accumulé une expérience, assez pour commencer à construire les premiers générateurs électrohydrodynamiques industriels.

générateur Pyleelektrichesky

En 1936, l'historien soviétique bien connu de la technologie V. Danilevsky dans son article «L'histoire de l'art comme un facteur de progrès technologique" constamment attiré l'attention des experts sur une machine étonnante paroelektricheskuyu Armstrong. "Maintenant, - écrit-il - est nécessaire d'étudier le principe de la machine Armstrong soviétiques ingénieurs électriques pour déterminer la possibilité d'un nouvel enregistrement du même principe ..."

Selon les descriptions ont pu établir que la machine a une tension maximale de plusieurs centaines de milliers de volts, et était sans aucun doute la voiture électrique la plus puissante de son temps. Cependant, les calculs donnent aussi une réponse à la question de savoir pourquoi si curieux et spectaculaire idée a été oublié: l'efficacité Machine était seulement 0,01%! Nullité de ce chiffre à long repoussé d'électriciens désirent engager des machines à paroelektricheskimi.

Seulement dans les années 1930, apparemment sous le succès d'impression purificateurs électrostatiques fumée spécialistes sont de retour à cette idée. En effet, il est facile de convertir un produit de nettoyage électrostatique dans le générateur électrostatique. Pour ce faire, il vous suffit de le payer, au moyen d'un entraînement corona à jet d'air chargé de particules de poussière à travers l'électrode-collecteur. En 1930, les ingénieurs électriciens français et belges ont construit un générateur "pyleelektrichesky". La guerre a interrompu le travail, et ils ne reprend 30 ans plus tard.

Les chercheurs ont noté que, dans de telles plantes les particules solides chargées de gaz transporté. Les changements qu'ils subissent, peuvent être décrits à l'aide d'une longue et bien étudiés cycles thermodynamiques. Ainsi est née l'idée génératrice electrogasdynamic pour la conversion directe de l'énergie thermique en énergie électrique.

L'élément principal du générateur - "turbine" - canal dans lequel le gaz se dilate et ne fonctionne sur les particules chargées, les obligeant à surmonter la résistance du champ électrique et se déplacent à l'électrode à fort potentiel. Le même élément auquel l'électricité est fournie, et causant des particules chargées accélérées, il comprime le gaz, devient un «compresseur». Composition des turbines et de compresseurs de chauffage et refroidisseurs, vous pouvez obtenir similitude électrique de renommée moteurs thermiques - moteurs diesel, turbines à gaz, moteurs Stirling, Erikson, etc ...

Actuellement aucun générateur electrogasdynamic fonctionnant sur l'un de ces cycles. Tout en travaillant sur est un seul élément - la turbine. prototypes de turbines existantes est encore très imparfaite. leur efficacité ne doit pas excéder 15 à 20%, tandis que l'efficacité turbines à gaz modernes et la vapeur d'eau atteint 90-95%. Cependant, la thermodynamique suggère des moyens d'améliorer l'efficacité turbines electrogasdynamic: ils sont, comme la vapeur d'eau et de gaz, il est nécessaire de le faire en plusieurs étapes.

Cependant, à première vue, la comparaison ne sont pas en faveur de nouveaux éléments. Lorsque la turbine à gaz est suffisante seulement 10-20 étapes besoin electrogasdynamic environ 200! Mais il faut avoir une compréhension claire de la façon dont ces étapes plus facile - en fait, chacun d'eux pas plus d'une section du pipeline.

Des études préliminaires ont montré qu'un canal avec un diamètre de 50 mm à 200 turbines et de compresseurs étages 200 a une puissance de 50 kW. Afin d'obtenir, par exemple, une puissance de 50.000. KW, 1000 ces canaux doivent être connectés en parallèle.

Une grande influence sur l'efficacité de la turbines et compresseurs electrogasdynamic fournissent également la vitesse du mélange poussière-gaz, la taille des particules de poussière, la pression et ainsi de suite. d. Si le résultat de toutes ces mesures d'efficacité ces dispositifs seraient réduits à 80-90%, l'efficacité thermique globale installation electrogasdynamic exploitation d'un cycle de Erickson devient égale à 46- 56%. Qui est comparable à l'efficacité pouvoir moderne ...

Dans le diagramme:

Générateur électrostatique à l'aide d'une bande de caoutchouc. A - induction électrostatique. A1 - schéma d'un Van de Graaff: 1 - électrode à haute tension; 2 - électrode collecteur; 3 - courroie mobile; 4 - isolant; 5 - Chargez le système avec corona.

Générateur électrostatique à l'aide d'un fluide diélectrique. B - messages fluide circuit de charge électrique: 1 - lame - cathode; 2 - Net - l'anode; 3 - ions chargés négativement; 4 - la direction d'écoulement du fluide. B1 - circuit générateur de liquide: 1 - injecteur; 2 - konfuzor collecteur; 3 - collecteur.

Générateur électrostatique avec le fluide de travail de la poussière et de gaz. En - voiture paroelektricheskaya Armstrong 1 - courant de vapeur; 2 - un cylindre de bois avec des trous; 3 - collecteur; 4 - électrode. B1 - système de générateurs electrogasdynamic simples et multicellulaires: 1 - électrode de haute tension; 2 - Collector 3 - zone de conversion; 4 - injecteur avec corona; 5 - convertisseur de charge; 6 - ventilateur.

Selon le magazine "Science et Technologie"