Аномальный нагрев в электрической дуге

2020-03-14

Аномальный нагрев в электрической дуге. В предыдущих экспериментах этой тематики были показаны необычные эффекты, возникающие при достаточно коротких импульсах. Этот опыт будет отличаться тем, что в нём будут исследоваться некоторые явления, непосредственно не связанные с их длительностью, но без которых будет сложно получить условия для проявления необходимого эффекта.

Речь здесь пойдёт о аномальном нагреве в электрической дуге, созданной при помощи импульсного генератора, высоковольтного импульсного трансформатора и специального разрядника. Причём, для получения эффекта необходимы правильные сочетания этих трёх составляющих. Принципиальная схема эксперимента представлена на рисунке , где GG1 — генератор коротких импульсов, который периодически подключает первичную обмотку высоковольтного импульсного трансформатора THV1 к источнику питания U1. Конденсатор C1 сглаживает эти импульсы по питанию. Вторичная обмотка THV1 подключается к разряднику GP1, в разрядном промежутке которого мы и должны получить необходимый эффект. В качестве GG1 автор использовал хорошо себя зарекомендовавший генератор коротких импульсов со следующими предустановленными значениями: SA1 — «1111» и SA2 — «0000», а трансформатор THV1 был применён такой. На разряднике GP1 необходимо остановиться подробнее. .

. Для достижения эффекта, необходимо соблюдение главного принципа в геометрии разрядника — это острый катод и плоский анод. В качестве катода автор использовал обычный медицинский шприц, а в качестве анода — металлический болт со шляпкой . Катод подключается к условному минусу вторичной обмотки трансформатора THV1, а анод — ко второму её выводу. Интересно, что выпрямительных диодов здесь не требуется и даже, как оказалось, диоды в такой цепи уменьшают эффект. А если подключить выводы THV1 наоборот, то эффекта наблюдаться не будет. Автор проверял разные виды трансформаторов: высоковольтные трансформаторы строчной развёртки , трансформаторы от различных пуш-пуллов и флайбеков, а также, подающий большие надежды миниатюрный высоковольтный трансформатор, но эффект был получен только с «высоковольтным импульсным трансформатором», подробно описанным здесь. По всей видимости, для достижения эффекта, вторичная обмотка должна иметь достаточно малую ёмкость. Об этом говорит и осциллограмма, на которой видны периодические выбросы длительностью 20 нс , появление которых будет затруднено при большой ёмкости вторички. Можно смело предположить, что именно эти выбросы и являются основой для аномального тока и нагрева в дуге. Щуп осциллографа располагается рядом с дугой, т.к. все попытки померять напряжение или ток прямым подключением, даже через токовый трансформатор, полностью отключают прибор. Измерения и фотографирование дуги проводились при частоте GG1 - 32.5 кГц и напряжении питания U1 - 41 B. При этом, мощность потребления от источника составляла всего 8 Вт, тепловая же энергия от горящей дуги соответствовала порядку 15-20 Вт. Официальная версия [1] предполагает, что свечение вокруг дуги возникает за счёт ионизированных молекул в воздушном промежутке между электродами, которое позволяет плазме разогреваться до температур в 5000-50000 K. А сама ионизация молекул происходит за счёт огромной напряжённости электрического поля в очень малой зоне катода [2]. Но в этой версии дуга имеет равномерный характер по всей длине. В данном же эксперименте мы можем наблюдать в дуге несколько неравномерных зон : зона P — дуга с большой температурой, ионизирующая вокруг себя молекулы воздуха и имеющая белое свечение; зона S — искровой промежуток, имеющий синеватое свечение. На фотографии представлены все описанные выше моменты за исключением синеватого цвета в искровом промежутке; из-за сильно засветки его чётко видно только при защитных светофильтрах. Также важно, что согласно официальным данным, дуга может образовываться при токах более 0.4 А [2]. Для проверки этого, в разрыв цепи, между THV1 и GP1, включалась лампочка накаливания, расчитанная на 0.12 A. Дуга горела, как и прежде, при этом спираль лампочки еле накалялась, что может говорить о проходящем в цепи вторичной обмотки токе со средним значением менее 50 мA. Из всего вышесказанного очевидно, что здесь мы имеем дело с новой разновидностью дуги, возможно, искро-дугового разряда.

. Интересно, что материал катода при горении дуги, практически не расходуется. Во всяком случае, при двухчасовом горении на стенде у автора, длина стержня катода из стали никак не изменилась. Кроме стальной иглы от шприца, в качестве катода, автор проверял графитовый стержень от автоматических карандашей . В этом случае, стабильность дуги была значительно ниже, но её яркость была очень большой . Очевидно, что таким же образом работали и первые дуговые угольные лампы [3]. Выводы. Самое интересное в этом эксперименте, по мнению автора, это появление наносекундных электрических аномально коротких выбросов при горении дуги. Причём они не являются высоковольтными импульсами от вторичной обмотки THV1, т.к. длительность последних состаляет порядка 400 нс, т.е. в 20 раз больше. Выбросы представляют собой новое самостоятельное явление и, по всей видимости, обеспечивают все описанные здесь аномальные явления. Автор предполагает, что эти выбросы имеют более глубокую структуру, но для их исследования требуются более высокочастотные осциллограф и спектрограф . Более эффективное горение может быть достугнуто за счёт подбора материалов катода. Графитовый стержень показал увеличение этих параметров, но процесс при нём оказался не стабилен. Также очевидно, что эффективность всей установки можно увеличить также и за счёт подбора газа, участвующего в горении дуги. Правда, при этом потребуется помещение разрядника в специализированную колбу. Повышения КПД можно добиться и за счёт определённой последовательности импульсов, задаваемой генератором GG1 при помощи двух его переключателей SA1 и SA2. Разработка специализированного трансформатора THV с достаточно малой ёмкостью вторичной обмотки, также добавит установке эффективности. Используемые материалы

Википедия. Электрическая дуга.
Дуга. Условия возникновения и горения дуги. Способы гашения дуги.
Википедия. Свеча Яблочкова.