Statische Elektrizität

Oh, was es war spektakulär und faszinierende Erfahrung! Wie schön Schreie und blasse Damen gedreht, als Wissenschaftler Demonstranten Bedeutung von abgereichertem Cavaliers lange bläulich-lila Funken extrahiert wird, wenn die einfache durch PRESENT Hände Alkohol entzündet werden, und eine Handvoll von Schießpulver, als mehrere Dutzend Herren, Hand in Hand, ein betäubender Schlag erhielt, hatte nur zwei extreme scheinbar harmlose Touch-Glas ...

All diese Effekte wurden durch eine lächerlich einfache Weise auffällig: ein Glasstab gerieben mit Fell trocken, rotierenden Glaskugeln und Zylinder, die Reiben der Handfläche, isoliert aus dem Boden.

Die universelle Faszination mit Strom aus Reibung in der zweiten Hälfte des XVIII Jahrhundert im Vergleich nur mit Begeisterung, hundert Jahre vor dieser Entdeckung durch Atmosphärendruck werden kann. Auch erlag die nüchternsten Wissenschaftler der allgemeinen Trunkenheit. Wie einst versucht alles, um die Einwirkung von Luftdruck zu reduzieren, so dass nun zu sehen, die Manifestation von Elektrizität und in der Rotation der Planeten um die Sonne verwaltet, und im Falle eines Erdbebens, und für viele Krankheiten. Es ist kein Zufall, 1750 - ". Zeitraum von Strom aus Reibung" 1780-er Jahren in der Geschichte der Physik als inbegriffen

Das Ende dieser Periode war der "Schaffung einer Vorrichtung, die durch seine Wirkung ist ähnlich der Leidener Flasche ... aber die jedoch kontinuierlich arbeitet, dh seine Ladung nach jeder Entleerung von selbst wieder hergestellt wird." So im Jahre 1799 A. Volta seine elektrische Batterie beschrieben - eine große Erfindung, dramatisch verändert den gesamten Verlauf der elektrischen Studien.

Voltaic Haufen, die die Möglichkeit gab, eine relativ große Ströme bei niedrigen Spannungen zu erhalten, konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die magnetische, mechanische und thermische Einwirkung des elektrischen Stroms, der durch das Ende des XIX Jahrhunderts wurde die Grundlage für die gesamte Elektrotechnik gebildet. Aber nur in der XX Jahrhundert begann es Interesse an der einst verlassenen wieder zu beleben "Strom aus Reibung." Und der Grund für diese Wiederbelebung war die wichtige Erfindung an der Wende des Jahrhunderts - die Korona-Entladung ...

Wirklich "Korona" Entladung

Industrielle Erfahrung des letzten Jahrhunderts erlebt in erster Linie über die negativen Wirkungen von "Strom aus Reibung." Ohne es zu wissen, bauten die Ingenieure einen großen elektrostatischen Generator und leider ziemlich hohe Effizienz. Wir sagen "leider", weil ihre Leistung bestätigt die starke Explosionen in eine Pulverfabriken, Getreidemühlen und Zuckerfabriken.

Es stellt sich heraus, daß es unmöglich ist, den Zucker, Mehl und alle trockenen Pulver irgend Rohren oder Förderer bereits zu transportieren, dass sie nicht in der elektrischen Ladung angesammelt werden. Leder und Gummiriemen zum Drehen Scheiben elektrostatisch auch auf eine sehr hohe Spannung aufgeladen. Papier, Stoff, Gummischnüre oder Band - sie stark während der Verarbeitung elektrifiziert. Und wenn in der Luft hängen, fein brennbarem Staub - zum Beispiel Mehl oder Puderzucker - dann schlüpfte aus dem Körper der elektrifizierten Funke kann eine Explosion verursachen.

XX Jahrhundert enorm den Umfang der schädlichen Erscheinungen statischer Elektrizität erweitert. Unzählige Kunststoffe, künstliche und synthetische Fasern, Beschichtungen und Farben, Öle, Erdölprodukten und anderen flüssigen elektrisierend - dies ist keine vollständige Liste.

Elektrisiert das Flugzeug während des Fluges. Elektrisiert Öl während durch Rohrleitungen gepumpt, elektrifiziert sogar Paare in dem Prozess der Verdampfung und Bewegung durch die Rohre. Daher wurde in diesem Zeitalter der Spezialisten die Aufmerksamkeit zunächst in erster Linie auf die Tatsache gerichtet, die die Wirksamkeit der unfreiwilligen elektrostatischen Generatoren zu verringern, um loszuwerden, Elektrifizierung und seine unangenehmen Folgen zu bekommen. Und zusätzlich zu feuchtigkeitsspendend die verarbeiteten Materialien und Methoden Ionisierung von Luft erscheinen - radioaktive Isotope und Koronaentladung ...

Wenn die beiden von einem Zentimeter Spalt getrennt Platten, eine Spannung von mehr als 30 Tausend in anwenden, gibt es eine Panne. - Springt der Funke, hört die Luft ein Isolator zu sein und wird ein Leiter. Und was passiert, wenn wir eine negative Spannung auf 100 Tausend. In der Leitung, vorbei in die Mitte eines Radius von 10 cm Zylinder geerdet gelten?

Auf den ersten Blick sollte nichts passieren: tatsächlich auf jedem Zentimeter des Raumes dem Draht und dem Zylinder trennen, ist es notwendig, nicht zu 30.000 für den Abbau benötigt, aber nur 10 Tausend ..

So wäre es, wenn wir über die parallelen Platten sprachen, ein gleichmäßiges elektrisches Feld in der Lücke zu schaffen. Dünner Draht in dem Zylinder erzeugt ein inhomogenes Feld in der Nähe der Wände des Zylinders ist schwächer und in der Zone neben dem Draht bei 1 cm Spannung für mehr als 30.000 ausmachen. C.

Die austretenden Elektronen von der Oberfläche mit Drähten in den Molekülen von Sauerstoff eingebettet und machen sie zu negativ geladenen Ionen eilen, um die Zylinderwand unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. An diesem Punkt, um den Draht, und es gibt eine grünliche Leuchten - Koronaentladung. Indem die Luft leitfähig ist, nimmt eine Entladung Ladung von den elektrifizierten Substanzen.

Dazu verwendet er zum ersten Mal. Aber dann stellte sich heraus, dass ein solches Phänomen der Schlüssel zu einer breiten kommerziellen Anwendung von statischer Elektrizität verborgen.

Im Jahr 1905 begann englischen Erfinder F. Cottrell durch das Rohr mit dem Corona-Gas mit Teilchen von Ruß und Asche kontaminiert passieren. Was in der Entladung von Ionen "klebt" der Partikel und berichtet sie an eine große negative Ladung, worauf diese Teilchen durch das elektrische Feld auf einer geerdeten Wand des Rohres schnell verworfen werden, aus dem das gereinigte Gas als Ergebnis.

Koronaentladung, dielektrische Körper erlaubt Ladungen zu berichten, mehr oft als diejenigen, die sie durch die Reibung sagen könnte, bringen kommerziellen Wert auf statische Elektrizität. Versuche, mahlt zuerst für Unterhaltung, bildete die Grundlage für wichtige technische Geräte und Prozesse. Die Anlage für die Trennung von verschiedenen granularen Gemische verwendet Elektrostatik. Es ist weit verbreitet in industriellen Prozessen von Druck, Verarbeitung von Papier und Folien verwendet werden.

Das elektrostatische Feld wird Färbung erzeugt, die Schleifpartikel, trockene Pulver und sogar kurze Fasern auf allen Arten von Substrat aufbringt. Das elektrostatische Feld und Corona - die wichtigsten Teilnehmer des xerographischen Verfahren zur schnellen Wiedergabe von Text und berührungslose Druckverfahren.

Im Rahmen der Industrie und im Leben "Strom aus Reibung", die sich in der zweiten Hälfte des XVIII Jahrhundert getragen wurden und die für die nächsten 150 Jahre wenig tat. Und in diesem schnell wachsenden Praxis der geheimen Elektrostatik von großem Interesse für die elektrostatischen Generator, notwendig für den Betrieb all dieser wichtigen technologischen Prozesse.

Der Generator auf des Messers Schneide

Die Tatsache, dass statische Elektrizität für eine lange Zeit nicht sinnvoll, praktische Anwendungen, eine seltsame Wirkung auf das Schicksal der elektrostatischen Generatoren feststellen. Während elektromagnetische Geräte und Werkzeuge, um schnell die Wände des Labors und den Erwerb von "native" Form verlassen, von den Telegraphenamt genehmigt, Fabriken und Kraftwerke, schmachtete elektrostatische Vorrichtung in den Regalen der Klassenzimmer.

Natürlich können wir nicht sagen, dass sie nicht verbessert werden: zwischen dem Glas Leyden, geriebene Stange wiederaufladbare Fell Glas und alle bekannten Schule Einfluss Maschine ist eine enorme Distanz. Aber weder der Glasstab und das Fell oder Einfluss Maschine konnte nicht überall außer Sportunterricht Klassenzimmer zu finden: Quellen statischer Elektrizität, fast ein halbes Jahrhundert hat sich nicht als Industriefahrzeuge verbessert, sowie Demonstrationsgeräten.

Um zum Beispiel die Maschinen, in denen Glaskugeln, Zylinder und Scheiben elektrisieren die Reibung aus Wolle oder Lederkissen, kam die so genannte "Induktion" der Maschine zu ersetzen. Im Mittelpunkt ihrer Aktivitäten lag ein Phänomen, das von Volta entdeckt und hat keinen Bezug auf die "Induktion", die die Herrlichkeit des Faraday war.

Volta angemerkt, dass, wenn beispielsweise, an die positiv geladene Platte in der Nähe, aber nicht die metallische Kontaktscheibe zu bringen, isoliert aus Boden, dann auf der Oberfläche der geladenen Platte negative Ladungen sammeln zugewandt ist. Die Gebühren auch positiv, versuchen von der Platte der gleichen Gebühren weg zu bewegen, werden auf der Außenseite zu sammeln.

Wenn der Boden für eine kurze Weile dieser außerhalb positive Ladungen in den Boden gehen, und auch von der Feldplatte abgeleitet treiben würde negativ geladen. Entladen Sie es auf dem Leidener Flasche, können Sie wiederholen immer wieder diese ganze Operation, bei der die ursprüngliche Nachricht Platte Ladung selbst nicht verbraucht wird, sondern kontinuierlich "induziert" - legt nahe, - verantwortlich für die Metallscheibe.

Die erste Maschine, in der alle diese Operationen wurden avgomaticheski durchgeführt wird, wurde 1831 von italienischen Belli gebaut. Dann verbesserte sie deutsche Physiker Tepler und Goltz und schließlich in den 1870er Jahren gab es eine Induktion elektrostatischen Maschine Uimshersta laufenden Schul physischen Büros zu dekorieren.

Die Untersuchung der elektrischen Entladung in verdünnten Gasen den ersten Anstoß zur Verbesserung der elektrostatischen Generatoren gab, und es stellte sich das Maximum aus, die aus den Mehrscheiben-Maschinen gepresst werden kann, ist 300 Tausend. Und 1,2 kW.

Die Untersuchung des Atomkerns, dauerte es viel Stress Neukonstruktionen geführt. In der Tat begann die Van-de-Graaff-Generator und Felici jeweils in den Jahren 1930 und 1940 ist es nicht grundsätzlich verschieden voneinander. Im Herzen eines jeden von ihnen einen riesigen hohlen Metallkugel vom Boden sicher isoliert war, an der inneren Oberfläche davon ist eine kontinuierliche Zufuhr von elektrischer Ladung. Wird nur verwendet, Van de Graaff zum Zuführen des Bandes auf zwei rotierenden Scheiben und Felici aufzuladen - schnell rotierenden Kunststoffzylinder.

Der erste Van-de-Graaff-Generator, mit Band, durch Induktion elektrifiziert, wurde 1936 ins Leben gerufen und 6 kW Spannung gab 5 Millionen. C. Später für die Elektrifizierung von Bändern und Zylinder begann eine Corona-Entladung und den 1950er Jahren von den Wissenschaftlern zur Verfügung zu beantragen waren zwei Typen von Generatoren.

Van de Graaff-Generatoren erzeugen Hochspannung - bis zu 10-15 Millionen -. Bei niedrigen Strömen bis ca. 1000 und Felici Generatoren, im Gegenteil, angesichts der relativ hohe Ströme - bis zu 10 Tausend ca -. Bei niedrigeren Spannungen bis zu 1 Million .. Aber ein hoher Preis, diese Eigenschaften zu erhalten!

Erstens Größe. Generatorleistung von mehreren zehn Kilowatt ist eine Struktur von 5-10 m in der Höhe. Zweitens, in der Nähe der kugelförmigen Elektrode, die Ladung ansammelt Auch gibt es eine "Krone". Um die gesamte Einheit unterdrücken müssen in einem verschlossenen Stahlmantel mit einem Gas unter hohem Druck gefüllt platziert werden. Somit sind Van de Graaff Generator mit einem Gemisch aus Stickstoff und Kohlendioxid bei einem Druck von 30 atm gefüllt und Generatoren Felici - Wasserstoffdruck von 25 atm. Drittens führt die relativ schnellen Abnutzung der Bänder und Zylinder zur Kontamination von inneren Hohlräumen Staubgenerator

Nicht sehr signifikant, wenn es um einzigartige Generatoren für die wissenschaftliche Forschung geht, sind diese Mängel unerträglich für industrielle Generatoren, die zuverlässig für eine lange Zeit arbeiten müssen. Deshalb mehr und mehr Aufmerksamkeit auf die Entwicklung eines kostengünstigen, zuverlässigen, leistungsstark und kompakt Generatoren in den letzten Jahren der Elektrotechnik, insbesondere elektro.

Tatsächlich Ladungsband Bewegens oder einem rotierenden Zylinder kann durch einen Strom von geladenen dielektrischen Flüssigkeit ersetzt werden. Tragen Ladung in ihrer Gesamtheit muss dieser Thread einen viel mehr Strom als das Band zu erstellen oder den Zylinder, in dem die Ladung nur an der Oberfläche ist.

Die Hauptschwierigkeit eines elektrostatischen Generator bei der Schaffung von auf den Strom von Kohlenwasserstoff-Betriebs - Hexan, es war eine Botschaft der elektrischen Ladung der Flüssigkeit. Da herkömmliche Methoden der Elektrifizierung - die Koronaentladung und radioaktive Strahlung - unerwünschte Veränderungen in den Eigenschaften von Hexan verursacht hatten die Forscher um für etwas Besseres zu suchen.

Der Prototyp, der als Grundlage für die weitere Entwicklung diente, ist ein Rohr, das in die Kathode eingeführt wurde - eine Reihe von dünnen Stahlklingen. Durch die scharfe Klinge mit einem kleinen Spalt gehörte Anoden-Gitter, für die der Generator Kollektor angeordnet wurde.

Wenn die Pumpe gestartet wird, durch ein Rohr Hexan zu pumpen, zu den Klingen und mit dem Hochspannungsnetz angewendet wird, unter dem Einfluß der die Elektronen von der Klinge in das Innere eines sich bewegenden Flüssigkeit floß, und berichtet in den Hunderten von Mikroampere ihre Ladung. Einige dieser Ladungen sofort auf eine positiv geladene Gitter nieder, und der Rückstand wurde Fluidfluß dort hindurch zu einem Kollektor gefegt, auf dem eine Ladungsansammlung aufgetreten ist.

Der größte Nachteil dieser Regelung war unproduktiv Neutralisierung "injiziert" in die Nettoladung auf der Flüssigkeit. Daher ist die folgende Konstruktion des Spitzenflügels entlang der Wände des Flüssigkeitsdurchflussrohr und das Gitter wurde gewalzt und in ein Rohr gelegt entlang der Rohrachse angeordnet sind. Nun werden die negativen Ladungen von den Klingen fließt, konnte nicht neutralisiert werden - Fluss führt sie an den Kollektor schneller, als sie Gitter erreichen könnten.

Wenn die erste experimentelle Modell Prüfung elektro Generator in England gegründet, entdeckte ich eine merkwürdige Sache. Sobald die Ladung auf dem Kollektor aufbaut, ist sein elektrisches Feld mehr und mehr resistent gegen den Zustrom von neuen Gebühren. Dann kommt der Moment, wenn alle Ladungen aufhören, den Kollektor zu erreichen und beginnen am Auslass des Injektors zu akkumulieren. Da sich gleiche Ladungen gegenseitig abstoßen, fangen sie an den Wänden des Rohres zu bewegen und es schließlich brechen.

Das ist die Gefahr einer mechanischen Zerstörung des begrenzten maximalen Stresstestmodell 400 Tsd. In. Aber das nächste Modell, in dem das Design wurde entsprechend geändert, so dass Sie eine maximale Spannung von 2 Millionen zu schaffen. C. Elektrohydrodynamische Pumpe Generator, der von einem Motor 10 Liter angetrieben wurde. s, und die Fließgeschwindigkeit war im Testabschnitt 5 m / sec.

Nach Einschätzung von Experten hat jetzt Erfahrung genug angesammelt den Bau der ersten industriellen elektro Generatoren zu starten.

Pyleelektrichesky Generator

Im Jahr 1936, dem bekannten sowjetischen Historiker der Technik V. Danilevsky in seinem Artikel "Die Geschichte der Kunst als ein Faktor bei den technologischen Fortschritt" beharrlich Aufmerksamkeit von Experten zu einem erstaunlichen Maschine paroelektricheskuyu Armstrong gezogen. "Nun - er schrieb - ist notwendig, das Prinzip der Maschine Armstrong sowjetischen Elektroingenieure zu studieren, die Möglichkeit einer neuen Registrierung des gleichen Prinzip zu bestimmen ..."

Nach den Beschreibungen konnten feststellen, dass die Maschine eine maximale Spannung von mehreren hunderttausend Volt gab, und war zweifellos die stärkste Elektroauto seiner Zeit. Allerdings geben die Berechnungen auch eine Antwort auf die Frage, warum so neugierig und spektakuläre Idee vergessen wurde: Effizienz Maschine war nur 0,01%! Ungültigkeit dieser Figur lange abgestoßen von Elektrikern wünschen paroelektricheskimi Maschinen zu engagieren.

Erst in den 1930er Jahren, offenbar unter dem Eindruck Erfolg elektroReinigern Spezialisten rauchen, sind wieder auf diese Idee. Tatsächlich ist es leicht, eine elektrostatische Reinigungsmittel in elektrostatischen Generator zu konvertieren. Um dies zu tun, müssen Sie ihn nur zu zahlen, mittels einer Luftstrahlantrieb Corona geladenen Staubpartikel durch die Elektrodenkollektors. Im Jahr 1930 Französisch und belgischen Elektroingenieure bauten einen "pyleelektrichesky" Generator. Der Krieg unterbrach die Arbeit, und sie erst wieder 30 Jahre später.

Forscher haben festgestellt, dass bei solchen Anlagen die festen Teilchen mit Gas transportiert geladen. Die Veränderungen, die sie durchlaufen, können mit Hilfe von einem langen und gut untersuchtes thermodynamischen Zyklen beschrieben. So wurde die Idee electrogasdynamic Generator zur direkten Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie geboren.

Das Hauptelement des Generators - "Turbine" - Kanal, in dem sich das Gas ausdehnt und auf die geladenen Teilchen nicht funktioniert, so dass sie den Widerstand des elektrischen Feldes zu überwinden und an die Hochpotentialelektrode bewegen. Das gleiche Element, dem Strom zugeführt wird, und beschleunigte geladene Teilchen verursacht, komprimiert das Gas, wird zu einem "Kompressor". Zusammensetzen der Turbine und Verdichter-Heizungen und Kühler, können Sie elektrische Ähnlichkeit bekannten Thermal Motoren bekommen - Dieselmotoren, Gasturbinen, Stirlingmotoren, Erikson, etc ...

Derzeit liegen keine electrogasdynamic Generator auf jeder dieser Zyklen arbeitet. Während der Arbeit aus ist nur ein Element - die Turbine. Bestehende Prototypen von Turbinen ist immer noch sehr unvollkommen. ihre Effizienz nicht mehr als 15-20%, während der Wirkungsgrad Moderne Gasturbinen und Dampf erreicht 90-95%. Allerdings schlägt Thermodynamik Möglichkeiten, um die Effizienz zu verbessern electrogasdynamic turbines: Sie sind, da der Dampf und Gas ist es notwendig, mehrstufigen zu tun.

Doch auf den ersten Blick ist der Vergleich nicht für neue Objekte. Wo die Gasturbine ausreichend ist, nur 10-20 Schritte electrogasdynamic Notwendigkeit, über 200! in der Tat, jeder von ihnen nicht mehr als ein Abschnitt der Pipeline - Aber es sollte ein klares Verständnis davon, wie diese Schritte einfacher sein.

Vorläufige Studien haben gezeigt, dass ein Kanal mit einem Durchmesser von 50 mm bis 200 Turbinen- und Verdichterstufen 200 mit einer Leistung von 50 kW hat. Um zu erhalten, beispielsweise eine Leistung von 50 Tausend. KW 1000 solche Kanäle müssen parallel geschaltet werden.

Großen Einfluß auf die Effizienz der electrogasdynamic Turbinen und Kompressoren bieten auch die Geschwindigkeit des Staubgasmischung, die Größe der Staubpartikel, Druck und so weiter. d. Wenn das Ergebnis all dieser Maßnahmen zur Effizienz solche Vorrichtungen würde auf 80-90% reduziert werden, wobei die Gesamtwärmewirkungsgrad electrogasdynamic Anlage eine Erickson-Zyklus arbeitet gleich 46- 56%. Das ist vergleichbar mit der Wirksamkeit moderne Kraft ...

Im Diagramm:

Elektrostatischer Generator mit einem Gummiband. A - elektrostatische Induktion. A1 - Diagramm eines Van-de-Graaff: 1 - Hochspannungselektrode; 2 - Elektrodenkollektor; 3 - bewegendes Band; 4 - Isolator; 5 - Laden Sie das System mit Korona.

Elektrostatischer Generator mit einer dielektrischen Flüssigkeit. B - Beiträge Fluidkreislauf elektrische Ladung: 1 - Messer - Kathode; 2 - Net - der Anode; 3 - negativ geladenen Ionen; 4 - der Richtung der Fluidströmung. B1 - flüssig Generatorschaltung: 1 - Injektor; 2 - konfuzor Sammler; 3 - Sammler.

Elektrostatische Generator mit Staub und Gas Arbeitsfluid. In - Auto paroelektricheskaya Armstrong 1 - Dampfstrom; 2 - ein Holzzylinder mit Löchern; 3 - Sammler; 4 - Elektrode. B1 - Schema ein- und mehrstufige electrogasdynamic Generatoren: 1 - Hochspannungselektrode; 2 - Collector 3 - Umwandlungszone; 4 - Injektor mit Corona; 5 - Ladekonverter; 6 - Fan.

Laut der Zeitschrift "Wissenschaft und Technik"