Электрический Ток в Плазме: Все, Что Вы Хотели Знать
Многие из нас видели красивейшие электрические шары, внутри которых от центрального ядра ток по «воздуху» перемещается к стенкам. Зрелище завораживающее. Наверняка многим было интересно, какие процессы протекают внутри, и как создается такая красота.
Данный шар называется плазменным, и, соответственно, протекает электрический ток в плазме. Что это такое мы подробно расскажем в данной статье.
Содержание
- Плазма – четвертое состояние вещества
- Что такое плазма
- Межзвездная плазма
- Поведение электрического тока в плазме
- Плазменный шар у вас дома
Плазма – четвертое состояние вещества
Переменный ток от плазменного шара заставляет светиться люминесцентную лампуИтак, нашу статью мы разобьем на 3 части. В первой мы поговорим про «сухую» теорию, касаемую явления плазмы, во второй – расскажем о возможности протекания электрического тока через плазму на просторах вселенной, и в третьей – проведем собственные опыты и попытаемся сделать плазменный шар у себя дома, своими руками.
Что такое плазма
Что заставляет плазму проводить токПлазма представляет собой ионизированный газ, который образуется из заряженных ионов и электронов и из нейтральных атомов.
- Одной из главных особенностей плазмы является ее квазинейтральность, то есть положительные и отрицательные частицы, из которых она состоит, находятся в одинаковом объеме.
- Плазмой может стать любой газ, если составляющие его атомы потеряли электроны по какой-либо из причин.
Интересно знать! После того, как в газе не осталось нейтральных частиц, плазма становится полностью ионизированной.
- По сути, газ и плазма не отличаются друг от друга, и это состояние считается естественным вообще для любого вещества. Давайте вспомним, что любое твердое вещество при нагревании начинает плавиться, становясь жидким. Если еще увеличить температуру, то начинается процесс испарения, превращения в газ.
- В случае молекулярных газов, таких как азот или водород, молекулы газа начинают распадаться на отдельные атомы при дальнейшем возрастании температуры. Этот процесс называется диссоциацией.
- Продолжаем нагрев – газ начинает ионизироваться, то есть появляются свободные электроны и ионы. Именно эти заряженные частицы имеют способность проводить электрический ток. Отсюда можно вывести первое определение плазмы, как проводящего ток газа.
Интересно знать! Нагревание – не единственный способ получить плазму. Также состояние плазмы у газов могут вызывать: космические лучи, ультрафиолетовое и радиоактивное излучение, проходящий пучок быстрых электронов и прочее.
Выходит, что плазма – это четвертое состояние вещества, больше всего походящее на газ, и ведущее себя точно также при многих условиях.
В плазменном телевизоре нет нагрева до экстремальных температур- Однако не всегда это утверждение верно, особенно в случае протекания по плазме электрического тока. Именно поэтому плазму вынесли, как четвертое состояние вещества.
- Термин плазма был введен в обиход в 1923 году американскими физиками Тонгсом и Лэнгмюром. До этого момента этим словом называли лишь жидкий бесцветный компонент крови, живых тканей и молока.
- Данное состояние вещества, естественно, встречается в природе. В частности, ионосфера нашей планеты является слабоионизированной плазмой, а наше Солнце – плазма ионизированная полностью. Искусственную плазму в быту можно встретить в самых обычных газоразрядных лампах.
Плазма бывает двух типов:
- Низкотемпературная – температуры ниже 100000К;
- Высокотемпературная – температуры выше 100000К.
Для обоих видов хаpaктерны высокая электропроводность и сильное взаимодействие с окружающими электромагнитными и электрическими полями.
Интересно знать! Во вселенной 99% вещества – это и есть плазма.
На фото – изображение вселенной: космос наполнен плазмойЕсли в сосуд, заполненный плазмой, поместить два электрода, то в случае наличия между ними электрического поля, ток потечет через плазму – отрицательные ионы двигаются к положительно заряженному электроду, и наоборот. При этом процесс сопровождается различными оптическими и тепловыми явлениями. Данное явление называется газовым разрядом.
Газовые разряды бывают нескольких типов:
Мощность тока при самостоятельном разряде невелика- Несамостоятельный разряд – если явление происходит только при постоянном внешнем воздействии, вызывающем ионизацию газа. Как только внешнее воздействие прекращается, ионы и электроны при столкновении снова превращаются в нейтральные молекулы вещества.
- Самостоятельный разряд – продолжает гореть даже после прекращения действия внешнего ионизатора. Отличие от предыдущего состоит в том, что тут будет значительно выше сила тока, что происходит при увеличении напряжения между электродами.
Начиная с некоторой величины напряжения, сила тока расти перестает и становится равной силе насыщения Iн. Говорит это о том, что все заряженные частицы, которые появляются за некоторую единицу времени, оказываются вовлеченными в газовый разряд, простыми словами расти току больше некуда.
Момент перехода от несамостоятельного к самостоятельному разряду сопровождается резким возрастанием силы тока – он называется электрическим пробоем газа. Процесс разряда в газе очень сложный и по законам, им управляющим, и по составу носителей тока.
Интересно знать! Газовый разряд подчиняется закону Ома лишь при небольших значениях силы тока и напряжения.
Во время протекания тока по плазме, в зависимости от ее состояния, можно выделить некоторые типы самостоятельного разряда. Наиболее важными среди них считаются следующие:
Виды самостоятельных разрядов: тлеющий- Тлеющий разряд – этот тип разряда возникает при разряженном газе внутри сосуда, то есть его давление ниже, чем атмосферное, и при сниженной температуре катода.
Применяется этот тип разряда в различных лампах, неоновых трубках.
Дуговой разряд- Следующий тип называется дуговым. Происходит он между двумя электродами, например, угольными, которые на короткое время соприкоснулись, после чего были разведены в сторону. Похож он на яркий шнур. Процесс сопровождается мощным выбросом ультрафиолетового излучения.
Явление электрической дуги было открыто еще в 1802 году русским физиком В.В. Петровым, а пpaктическое применение ей было найдено позже, в 1876 году. Сделал это П.Н Яблочков, доказав возможность использования для освещения и сварки металлов.
- Искровой разряд возникает при высоких напряжениях и атмосферном давлении. Самым ярким примером является обычная молния. При этом разряд не горит долго, а появляется лишь на короткое время.
- Ну, и последний – коронный разряд. Он также возникает при атмосферном давлении и высоком напряжении, но в отличие от искрового ему требуется неоднородное электрическое поле около электродов с кривой поверхностью, например провода или какого-нибудь острия.
Внешне он напоминает светящуюся корону, откуда и пошло его название. В природе данные разряды можно встретить в преддверии приближающейся грозы, когда светиться могут мачты кораблей, одинокие вершины деревьев, а иногда и поднятые руки людей. Данный разряд используется в электрических фильтрах газа.
Интересно знать! Если что-нибудь слышали про «огни святого Эльма», то знайте – это и есть коронные разряды. Церковь, воздвигнутая в честь этого святого в средние века, часто светилась на шпилях подобным образом.
Тот или иной тип разряда может быть как полезным, так и наоборот, доставить кучу проблем. Например, в сильноточных цепях при размыкании контактов может образоваться искровой и даже дуговой разряды. Чтобы этого не происходило, инженеры предусматривают специальные системы защиты – те же масляные переключатели.
Межзвездная плазма
Космос наполнен плазмойНе так давно ученые со всего света сходились во мнении, что межзвездное прострaнcтво является идеальным вакуумом. Более того, этой точки зрения до сих пор придерживаются многие специалисты, но как показывают последние исследования, это не совсем верно.
- Космос пустым не является и прострaнcтво его наполнено плазмой, очень разряженной, но все-таки.
- В основном это легкие молекулы гелия, водорода – их ионы и электроны. Концентрация составляет одну частицу на 1 кубический сантиметр, что в 1013 раз меньше, чем в земном воздухе.
- Исследования космоса показали, что между небесными телами постоянно протекают токи Бикерланда, и этому никак не препятствует низкая концентрация плазмы, которая, как мы выяснили, является прекрасным проводником.
- Среди ученых сегодня ведутся активные споры о заряде космической плазмы. Так, Хеннес Альфвен и Джеймс Маккэни считают ее пpaктически нейтральной и лишь чуть-чуть позитивной. Это противоречит официальной теории о полной нейтральности солнечного ветра.
- Впервые о положительно заряженной космической плазме, из которой состоит солнечный ветер, заявил еще в 1930 году геофизик и математик Сидни Чепмен. К такому же выводу пришел недавно в своих изысканиях лауреат нобелевской премии 1968 года Луис Альварес. Этого же мнения придерживаются многие именитые ученые по всему миру.
Поведение электрического тока в плазме
Электрические заряды сворачиваются в нитиМы уже знаем, что разряд плазменного тока похож на светящуюся нить, соединяющую электроды. Почему происходит сворачивание, расскажет эта глава.
- Чтобы данный феномен стал понятен, необходимо вспомнить курс школьной физики. В частности нас интересует электромагнетизм, и то, как генерируется электромагнитное поле.
- На рисунке выше показано, как ток, протекающий через провод, создает перпендикулярное ему магнитное поле.
- То же самое происходит и в плазме, но она, в отличие от жесткого провода, не имеет определенной формы.
- Собирается плазма в пучки именно благодаря магнитному полю, то есть оно его стягивает, как бы в провод, и направляем в определенную точку. Данный тип нитевидных разрядов получил название ток Бикерланда.
- А что произойдет, когда рядом окажутся две плазменные нити?
- Магнитные поля от них сначала начинают притягиваться, стремясь слиться вместе. Но соединения нитей в одну не происходит, из-за того, что магнитные поля вращаются.
- В результате взаимодействия нити обвиваются, создавая простейшую спираль. Образовавшаяся структура называется плазменным вихрем.
- Как только нити сближаются на достаточное расстояние, образуется некая сила отталкивания, которая не дает произойти слиянию потоков. При этом притяжение и отталкивание дают очень стабильную структуру, что и позволяет нитям удерживаться на некотором расстоянии. То есть ни слиться, ни разъединиться они не могут.
- Данный феномен очень распространен в природе. С его помощью можно объяснить структуру ураганов, вихрей, вращение звезд, планет, форму галактик и многое, многое другое.
Плазменный шар у вас дома
Вы думаете, что для осуществления этой идеи нужно обладать знаниями по физике на уровне академии? Ничего подобного – вполне достаточно элементарных навыков в радиоэлектронике, ну, или хотя бы четкое следование инструкции, и знание основ безопасности. В общем, не суйте пальцы в розетку, и все будет хорошо.
Осторожно! В приборе будет высокое напряжение, не подпускайте к нему детей.
Для работы нам понадобятся:
Лампа накаливания- Самая обыкновенная лампа накаливания, которая, собственно, плазменным шаром и станет.
- Люминесцентная энергосберегающая лампа – из нее мы извлечем плату.
- Последней частью схемы будет строчный трaнcформатор, который можно достать из любого старого кинескопного телевизора.
- Определить положение трaнcформатора очень просто – вы узнаете его по хаpaктерной присоске, которая подсоединяется сзади к кинескопу телевизора.
Совет! Используем ТВС или ТДКС без конденсатора. Умножители брать нельзя, так как они очень опасны.
- Из энергосберегающей лампы извлекается управляющая плата. Будьте предельно осторожны при разборе, чтобы не повредить колбу, так как в ней содержится опасная ртуть.
- Чтобы отсоединить плату необходимо аккуратно отмотать проводки.
- От платы будет отходить два провода – по ним подается питание на 220В из общественной сети. Соединяем их с любой вилкой, например, от того же телевизора.
- Далее нужно подключить трaнcформатор, но мы видим, что выводов 4, а нам нужно лишь 2, как быть? Переворачиваем плату и смотрим, куда идут дорожки от контактов.
- Те выводы, которые идут только на конденсатор, нам не нужны. Конденсатор находится на 12 часов (красная деталь), на фото выше.
- Припаиваем провода – так устройство будет безопаснее и надежнее.
- С трaнcформатором все немного сложнее, ведь на нем много выводов, а нам по-прежнему нужно лишь два.
- Для определения нужных поможет мультиметр.
- Переводим прибор в режим измерения сопротивления, ставим один щуп на произвольный контакт, а вторым поочередно прозваниваем остальные, в поисках обмотки с наибольшим сопротивлением.
- Полностью прозвонив один контакт, переходим ко второму, и так далее. В нашем случае нужными оказались 2 и 7 контакты. Подпаиваем к ним провода, тщательно все изолируем (лучше всего придумать какой-нибудь корпус) и можно к присоске подключать лампу накаливания.
- Вот что мы получили в итоге.
Перед вами самый что ни наесть настоящий плазменный шар. Но как это все работает?
Давайте попробуем разобраться:
- Плата из лампочки повышает частоту сети с 50-ти до нескольких десяток тысяч Герц.
Интересно знать! Постоянный ток не сможет запитать плазменный шар.
- Роль трaнcформатора сводится к увеличению напряжения с 220В до тех же десятков тысяч.
- Высокое напряжение вызывает ионизацию инертного газа, который закачан в колбу лампы накаливания. Отсюда и появляется плазма.
- Однако все видели, что к колбе можно прикоснуться и человека током при этом не ударит. Почему?
- Секрет в том, что протекающие токи очень малы, несмотря на такое высокое напряжение, и они не могут нанести вреда. Опасным в данной конструкции является сетевое напряжение, которое мы так тщательно изолировали.
- Теперь давайте возьмем лампу чуть большего размера.
- При мощности лампы в 1000 Вт получаем вот такой шар, который не уступит заводскому в яркости эффектов.
Интересно знать! При включении лампы от нее начинает пахнуть грозой!
С плазменным шаром можно провести ряд экспериментов:
- Прикоснитесь к работающему плазменному шару люминесцентной или любой другой лампой, и вы увидите, что она начнет гореть. Отодвиньте лампу, но свечение никуда не денется, так как ток будет передаваться по воздуху без проводов.
- Можно добыть огонь, проложив между пальцем и колбой лист бумаги. Проскакивающие искры за секунды заставят бумагу гореть. Будьте осторожны при проведении этого опыта.
- Попробуйте также послушать музыку плазмы, коснувшись одним пальцем вывода от работающих колонок, а другим – самого шара.
Экспериментов можно придумать множество, и кто знает, какие свойства могут открыться именно вам.
Итак, мы разобрали электрический ток в газах и понятие о плазме. Надеемся, статья была интересной и полезной для вас. В дополнение просмотрите подобранное видео.
Комментарии:
Читайте, как сделать подсветку ступеней лестницы своими руками, какие для этого материалы применяются, какие виды управления и источники питания для них существуют, а также как самостоятельно изготовить элементарную систему на базе светодиодной ленты....
31 10 2024 11:28:19
Читайте, что такое драйвер для светодиодов, какие функции он выполняет. Узнайте, как схема драйвера зависит от вида светодиодов. Как рассчитать параметры готового блока и отдельных элементов при самостоятельной сборке. Стоит ли делать драйвер самостоятельно, если нет знаний в электрике и опыта работы с паяльником....
30 10 2024 22:14:46
Узнайте, почему светодиодные лампы эффективнее и экономичнее люминесцентных. Читайте, как производится замена на разные типы светодиодных ламп, какие существуют правила и условия замены, какой порядок действий при выполнении работ....
29 10 2024 0:54:50
Нюансы обустройства освещения в бане или парилке — общие требования к безопасности, какое напряжение лучше всего выбрать для влажных помещений. Варианты размещения светильников в бане, этапы монтажа электрического освещения....
28 10 2024 9:29:49
Как правильно выбрать люстру на гипсокартонный потолок? Процесс монтажа люстры. Как повесить люстру на гипсокартон, если потолок уже обшит? Снятие люстры с потолка....
27 10 2024 10:46:17
Один из вариантов - установить акустические датчики для освещения. Расскажем о них подробнее, опишем способы применения, принцип работы....
25 10 2024 23:34:47
Подключение розетки с заземлением может вызвать определенные трудности у людей, мало знакомых с электротехникой....
24 10 2024 15:15:31
Что такое заземление, зачем оно необходимо и как определить провод заземления? Все это те вопросы, которые достаточно часто ставят в тупик наших сограждан, не обладающих соответствующими знаниями. Поэтому в этой статье мы постараемся раскрыть все эти вопросы и объяснить основные требования, предъявляемые к заземляющим проводникам....
23 10 2024 6:20:20
Освещение для бассейна — это не только способ подчеркнуть его индивидуальность, но и элемент безопасности вашего места отдыха. Поэтому данному моменту следует уделить пристальное внимание еще на стадии проектирования. После монтажа исправить что-либо будет крайне сложно, а иногда и невозможно. И здесь многое зависит от типа самого бассейна....
22 10 2024 3:41:17
Смотрите здесь, какие бывают цоколи современных ламп освещения. Как расшифровуется маркировка цоколей и патронов. Распространенные, стандартные и редкие типы и виды лампочек....
21 10 2024 21:20:58
Узнайте, чем отличаются светодиодные двухконтактные лампы от привычных моделей автомобильных осветительных приборов. Выясните, каковы их технические хаpaктеристики и особенности, уточните специфические эксплуатационные требования....
20 10 2024 23:38:42
Схемы аварийного освещения для различных помещений в значительной степени отличаются. Это зависит от их размеров, мощности системы аварийного освещения и, собственно, требований к самому освещению....
19 10 2024 8:13:20
Сегодня Мы с Вами Обсудим Как Подключить Автомат в Щитке, в Какой Последовательности Выполнять Действия. Также Расскажем Как к Автомату Присоединить Провода...
18 10 2024 8:58:15
Смотрите здесь, как организовать освещение с натяжными потолками в разных комнатах дома или квартиры: гостиной, зале, маленькой ванной. Подбирайте оптимальные варианты основного и дополнительного света: точечные светильники, светодиодные ленты для потолочной подсветки....
17 10 2024 8:22:20
Читайте здесь, что такое контроллер для светодиодной ленты, какое назначение он имеет в работе трехцветной лед-полоски, какие виды контроллеров существуют и чем они различаются, какие основные параметры влияют на его выбор и как правильно выполнить его подключение своими руками....
16 10 2024 14:11:37
Красная лампа для курятника — для чего используется. Использование инфpaкрасных ламп для обогрева птичника в зимний период, преимущества и недостатки. Какой выбрать, как правильно установить, техника безопасности....
15 10 2024 8:54:21
Читайте, какие виды и конструкции ламп используются в головном освещении автомобилей Рено Логан первого и второго поколения. Узнайте, как выбрать оптимальный вид светильника, какие производители и модели наиболее популярны и востребованы. Запомните порядок действий для замены ламп ближнего света....
14 10 2024 6:56:55
На данный момент на рынке достаточно широко представлены одиночные, оконечные и проходные телевизионные розетки. Каждый из этих видов розеток имеет свои особенности....
13 10 2024 1:19:56
Расскажем подробно, но не сильно углубляясь, особенно в специальные термины о назначении и принципе действия этого устройства. Также постараемся ответить на некоторые наиболее часто возникающие вопросы, и постараемся подсказать, как правильно выбрать сетевой фильтр для вашей техники....
12 10 2024 21:33:25
Освещение без люстры и без бра сложно было себе представить еще несколько десятков лет назад. Сейчас это достаточно часто встречающееся явление....
11 10 2024 19:54:46
Освещение на даче должно отвечать целому ряду параметров. Оно должно давать достаточно света для комфортного перемещения в ночное время, быть красивым и, конечно же, экономичным....
10 10 2024 4:25:47
Как выбрать и организовать освещение в коридоре или прихожей — специфика помещения и требования к освещению. Варианты освещения коридора с натяжным потолком, правила расположения светильников. Схемы освещения, световое зонирование....
09 10 2024 14:32:19
Мы решили уделить несколько слов процессу выбора выключателей трехклавишных с розеткой, а также разобраться с подключением таких модульных устройств к электрической сети и потребителю....
08 10 2024 1:25:46
Расчет светового освещения методом светового потока, точечным, или способом удельной мощности, может быть осуществлен для любого помещения....
07 10 2024 18:28:46
Работа над созданием новых и усовершенствование старых источников света идет постоянно. Давайте же разберем лампы уличного освещения, которые сделали нашу жизнь намного удобнее и безопаснее....
06 10 2024 21:51:14
Узнайте, для чего используется короб для светодиодной ленты. Выясните, что он из себя представляет, какие бывают разновидности и размеры таких каналов. Читайте, как выбрать и установить наиболее подходящий вид короба для подсветки....
05 10 2024 13:56:23
Опрессовка кабельных наконечников заключается в обжатии зачищенного кабеля или провода в специальной матрице, с помощью ручных или механических инструментов....
03 10 2024 23:11:14
Что называют силой тока? Такой вопрос не раз и не два возникал у нас в процессе обсуждения различных вопросов. Поэтому мы решили разобраться с ним более подробно, и постараемся сделать это максимально доступным языком без огромного количества формул и непонятных терминов....
02 10 2024 7:11:17
Сегодня мы расскажем вам, какое освещение должно быть в аквариуме и как правильно выбрать световые приборы. Данное дело не такое простое, как может показаться на первый взгляд....
01 10 2024 2:39:44
Узнайте, как самостоятельно рассчитать мощность блока питания для светодиодной ленты. Какие преобразователи бывают, их технические хаpaктеристики, как правильно выбрать. Схема подключения диодной полосы к источнику питания....
30 09 2024 14:32:33
Читайте здесь о выборе ламп для аквариума и организации правильного освещения. Что предпочесть для светильника: люминесцентные лампочки, светодиодные. Как рассчитать свет на количество литров воды....
29 09 2024 20:51:14
Смотрите здесь, как правильно повесить люстру на натяжной потолок. Особенности монтажа своими руками. Что нужно учесть перед установкой светильник на полотно....
27 09 2024 6:46:47
Какие каналы и короба для электропроводки используются в системах электроснабжения, подскажет статья....
26 09 2024 22:41:15
Как выкрутить лампочку: особенности для лопнувшей лампочки. Почему лампочка может прикипать и деформироваться в патроне. Порядок выкручивания лампы из подвесного потолка. Меры безопасности при проведении работ по вытаскиванию....
25 09 2024 1:11:23
Оформление интерьера светодиодными светильниками считается популярным решением, поскольку именно так обеспечивается красота, пpaктичность, надежность и прочие...
24 09 2024 12:52:43
Большая часть хозяев квартир и домов старается перейти на автономные коммуникации. И горячее водоснабжение не исключение. Для обеспечения всех жильцов горячей...
22 09 2024 12:30:25
Обзор и схема включения Pt4115 по даташит. Основные правила и ограничения при подключении. Вариант использования в контроллере дхо/габариты....
21 09 2024 2:33:19
Читайте здесь, что такое светодиодная лампа с датчиком движения, каково его назначение, принцип действия и конструкция, какие виды существуют, как выглядит ТОП-список их производителей, а также каковы главные особенности монтажа моделей с выносным и встроенным датчиком....
20 09 2024 1:37:41
Виды используемых светодиодов в лампах на 220 вольт. Какие преимущества и недостатки видов сборки?...
19 09 2024 8:15:34
Что делать, если нужно заменить лапочку в точечном светильнике? Как правильно сделать демонтаж. Виды крепления светильников к потолку...
18 09 2024 23:11:16
Узнайте, нагреваются ли светодиодные лампы во время работы. Читайте, откуда берется тепловая энергия, что она означает для светильника и как от нее избавляются. Уточните, какие виды светильников нагреваются меньше всего, и по каким причинам....
17 09 2024 19:44:29
Рассчитайте нужное количество люмен на 1м². Узнайте, как провести расчеты, используя информацию о нормах освещенности разных помещений. Как перевести ватты в люмены...
16 09 2024 17:46:47
Люстры на кухню — особенности выбора, как зависит от типа потолка. Разновидности современных люстр для освещения кухни, где лучше разместить. Как выбрать люстру для нестандартного помещения, нюансы освещения кухни, совмещенной с гостиной....
15 09 2024 7:16:59
Диммер для светодиодных ламп: преимущества и недостатки использования. Как подключить диммер к светодиодным лампам. Какие светодиодные лампы можно использовать для диммирования. Порядок подключения диммера....
14 09 2024 10:53:26
Рассмотрим разные типы защиты светодиодов. Главные причины выхода из строя диодов - скачки напряжения и наведенные или паразитарные пульсации тока....
13 09 2024 23:36:31
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::