Молния под водой своими руками
B конце 1940-х годов прошлого века студент Лева Юткин пережидал грозу на берегу озера. Внезапно молния ударила в воду, подняв к небу огромный фонтан, окативший юношу с головы до ног. Дивное явление запомнилось. Школьный учитель дал Леве небольшую электростатическую машину, и студент не пожалел нескольких лет, чтобы экспериментально воспроизвести увиденное.
Казалось бы все просто: один провод бросить в сосуд с водой, другой поднести к ее поверхности да покрутить рукоятку машины. Но и первая, и сотая искра никакого эффекта не дали.
А потом получилось. Небольшой аквариум вдруг негромко раскололся на несколько больших кусков, и вода хлынула в комнату.
Оказалось, если правильно провести электрический разряд в воде, да еще использовать для этого источник энергии помощнее, чем школьная электростатическая машина, то получался мощный взрыв. Его сила разрушала любые материалы. Все говорило о давлениях в десятки тысяч атмосфер.
Во время электрического разряда в воде происходят сложные процессы. На первой его стадии, длящейся микросекунды, образуется плазменный канал с температурой до 40 000°С. Плазма расширяется со скоростью, соизмеримой со скоростью звука в воде (1410 м/с). Так образуется первая ударная волна и полость, наполненная раскаленным паром и газом, которая постепенно заканчивает свое расширение, затем начинает пульсировать и в конце концов схлопывается.
Возникает кумулятивный эффект, похожий на тот, что используется в бронебойных снарядах. Возникающее на этой стадии давление, по оценкам ученых, может достигать 450 000 атмосфер. Нет материалов, способных устоять в воде перед электрической искрой.
Это явление принято называть электрогидравлическим эффектом (ЭГЭ), или эффектом Юткина.
В ЭГЭ до 30 — 80% электрической энергии переходит в механическую работу, а тепла порою выделяется в 2 — 3 раза больше. Причина — в процессах, происходящих в моменты схлопывания полости. Основная их часть происходит, когда полость уменьшается до размеров, не различимых ни в один микроскоп. К тому же и длится наиболее интересный этап схлопывания много меньше, чем миллиардная доля секунды.
Применение. Прежде всего, это дробление самых различных материалов, начиная от простого превращения каменных глыб в щебень. Так, при реконструкции одного из мостов в Москве старые бетонные детали при помощи электрических разрядов превратили в крошку, которую пустили на изготовление новых.
Но есть процессы дробления более тонкие. На поверхности стальных деталей, отливаемых в земляную форму, остается прочно въевшийся в нее слой земли и окалины. Удаление его крайне трудоемко, если не применять ЭГЭ. А если им воспользоваться, то процесс оказывается крайне простым. Детали кладут в ванну, несколько ударов подводной молнии — и их поверхность чиста.
Эффект Юткина позволяет не только крушить, но и созидать. Вот как, например, с его помощью штампуют детали из металлического листа. Сначала делают матрицу — деталь, обратную по форме той, которую хотят получить. Ее помещают на дно ванны, сверху прочно прижимают лист металла и откачивают из-под него воздух. Затем сверху наливают воду, и в ней производят разряды. Лист металла прогибается и точно заполняет всю поверхность матрицы.
Надо сказать, что листовую штамповку можно производить и множеством других способов, например, давлением масла или ударом молота по слою резины. Но тут необходимо применять особо пластичный и мягкий металл, значит, деталь получается непрочной. Эффект Юткина позволяет штамповать детали из хрупких и прочных металлов, и деталь получается очень прочной.
Способен ЭГЭ и бурить. Бур Юткина состоит из пластмассового стержня с электродом внутри и коронки из любого металла, например, меди. И коронка, и стержень неподвижны, вращается только легкий проволочный электрод. Через еще один из каналов в стержне подается вода. При каждом повороте электрода зубцы неподвижной коронки обегает множество искр, дробящих в пыль лежащую внизу породу, а вода уносит ее на поверхность. И нет пород, которые могут устоять перед таким буром.
Однажды подвергли ЭГ-ударам обычную почву, продувая через нее воздух. Дело в том, что содержащиеся в ней минеральные соли поступают к корням растений, в основном, с поверхности ее частиц. Микромолнии раздробили их, поверхность увеличилась, и большая часть содержащихся в почве солей стала доступна корням растений. Более того, содержащийся в воздухе азот перешел в форму химических соединений, доступных растениям. Обычная земля превратилась в прекрасное экологически чистое удобрение!
Об эффекте Юткина можно говорить еще долго, но лучше его попробовать своими руками. Главное — источник высокого напряжения, способный создавать резкие, быстро нарастающие импульсы. В промышленных установках для этого применяется высоковольтный трансформатор на 30 — 60 кВ, который через выпрямитель заряжает конденсатор. Однако сделать такой источник питания очень трудно, да и работать с ним опасно.
Самый простой способ — это поступить так же, как и сам Юткин: начать опыты с небольшой школьной электростатической машиной, которая может дать около 30 000 В. С ней вам предстоит собрать цепь, состоящую из двух воздушных разрядников и электродов, укрепленных на дне ванны. Но вначале нужно привести в полный порядок саму электростатическую машину — разобрать и тщательно очистить от пыли.
Для нас очень важны стоящие на ее подставке два высоковольтных конденсатора типа «лейденская банка». Они представляют собою стаканы, оклеенные фольгой. Их следует очищать от пыли особенно тщательно, стараясь при этом не повредить фольгу, которая является обкладкой конденсаторов: пыль при высоких напряжениях неплохой проводник. Замыкая ток, вырабатываемый машиной, она не позволит набрать высокое напряжение.
Следует также обратить внимание на маленькие медные щеточки — токосъемники. Их нужно очистить от темного налета окислов.
И наконец, электростатическую машину нужно хорошо просушить. Для этого поставьте ее на сутки возле горячего калорифера. После этого она начнет так работать, что вы ее не узнаете. Искры будут большие, звонкие и частые. Теперь приступаем к получению электрогидравлического эффекта.
Вам понадобится ванна с прозрачными стенками. Стеклянный сосуд не годится — он не выдержит гидравлический удар. Лучше взять нижнюю часть от пятилитровой пластиковой бутыли. Ее следует соединить с электростатической машиной при помощи высоковольтного провода, наподобие того, что применяется в системе зажигания автомобиля.
Для формирования импульса необходимо сделать два разрядника. Каждый из них представляет собой укрепленные на куске пластмассы шарики диаметром по 15 — 20 мм. Разрядники отрегулируйте так, чтобы расстояние между шарами равнялось 15 — 20 мм.
На дне ванны укрепите разрядные электроды. Их роль выполняют зачищенные концы высоковольтного провода. Расстояние между ними 50 — 80 мм. После этого наливаете в вашу ванну воду — и начинайте эксперименты.
Источник
Шаровая молния — сделай сам
Лабораторные опыты с атмосферным электричеством позволяют узнать много, но загадки все ещё остаются.
Плазменная лампа Николы Теслы не может считаться моделью шаровой молнии, хотя изобретателем наверняка двигал интерес к этому странному атмосферному явлению.
Оказалось, что холодная плазма в разреженной среде при наличии быстропеременного электрического поля имеет к нему мало отношения.
В Петербургском институте ядерной физики уже несколько лет существует мастерская шаровых молний. Тут была придумана и создана небольшая установка, с достаточной точностью воспроизводящая природный процесс рождения молний на влажной поверхности: тут есть медный ввод, играющий роль громоотвода, кварцевая трубочка с электродом, открытая поверхность водопроводной воды.
В роли громового облака выступает батарея конденсаторов на 600 мкФ, которую можно заряжать до 5,5 кВ. Это серьезное напряжение — малейшая неосторожность при работе с ним грозит смертельной опасностью.
Она была подробно описана в институтском препринте от 24 марта 2004 года. Вода в полиэтиленовой чашке должна быть заземлена, для этого на дно положен медный кольцевой электрод. Он соединен изолированной медной шиной с землей. Положительный полюс конденсаторной батареи тоже заземлен.
От медного ввода хорошо изолированная шина ведёт к центральному электроду. Это цилиндрик из железа, алюминия или меди, диаметром 5–6 мм, который плотно окружен трубочкой из кварцевого стекла. Она возвышается над поверхностью воды на 2–3 мм, сам электрод опущен вниз на 3–4 мм. Образуется цилиндрическая ямка, куда можно капнуть каплю воды. Конец медного провода от отрицательного полюса конденсаторной батареи нужно закрепить на длинной эбонитовой ручке.
Если быстро коснуться этим разрядником медного ввода, то из центрального электрода с хлопком вылетит плазменная струя, от которой отделится и поплывет в воздухе шаровой плазмоид. Цвет его будет разным: с железного электрода сорвется яркий белёсый плазмоид, с медного — зеленый, а с алюминиевого электрода — белый с красноватым отливом: такие плазмоиды видят летчики, когда в самолет ударяет молния. 
Чтобы получить настоящую шаровую молнию, нужно вставить в кварцевую трубку цилиндрик из пористого угля. Такие угли используют при дуговом спектральном анализе. Пористый уголь можно пропитать разными растворами и суспензиями.
Если нанести на электрод водную вытяжку из почвы, с органикой, частичками угля и глины, то при разряде из электрода вылетит классическая шаровая молния «апельсинового» цвета. Правда, проживет она не дольше секунды, но этого достаточно, чтобы рассмотреть её во всех деталях и полюбоваться ею.
Получение настоящих шаровых молний — дело нетрудное. Нужна линейная молния, бьющая в некое подобие громоотвода, и сырой воздух. 
Для того, чтобы изучать свойства шаровых молний, нам приходилось изготавливать их тысячами.
Прежде всего, электрические измерения показали, что шаровая молния — это, действительно, автономное образование: ток в разрядном контуре исчезает через десятую долю секунды, потом молния свободно движется и светится за счет аккумулированной энергии.
Молния, кстати, не намного горячее огурца на грядке. Этот парадокс связан с особым состоянием ионов в керне шаровой молнии. Каждый возникший при разряде ион сразу гидратируется — во влажном воздухе его плотно окружают молекулы воды. Разноименные ионы притягиваются друг к другу, но молекулы воды мешают им сблизиться. Возникает особое состояние вещества — гидратированные кластеры.
Компьютерное моделирование показало, что в гидратированной плазме скорость рекомбинации ионов резко замедляется. Если в «сухой» плазме она происходит за миллиардную долю секунды, то у ионов, законсервированных в кластере, рекомбинация затягивается на десятки и сотни секунд. В течение этого времени молния будет светиться.
В керне шаровой молнии гидратированные кластеры с большим дипольным моментом образуют цепочечные и фрактальные структуры. Клуб теплого, влажного воздуха может аккумулировать громадную энергию, до килоджоуля на литр, если получит её при разряде в виде разобщенных ионов разного знака.
Таким образом, загадку шаровых молний можно считать разгаданной. А ведь ещё совсем недавно она занимала свое место среди загадок природы, обсуждаемых на телевидении и в печати, где-то рядом с НЛО, Тунгусским метеоритом и Бермудским треугольником.
И это неудивительно. Миф о шаровой молнии кормит уже не одно поколение журналистов и ученых.
В погоне за сенсацией в сообщения о шаровой молнии вводились красочные подробности. Бесхитростный рассказ фермера: «Раздался сильный удар грома. По водосточной трубе сбежал огненный комок, размером с кулак, и нырнул в бочку с водой. Вода булькнула. Я подошел и сунул руку в воду. Вода, вроде, стала теплее…», — после четырех последовательных перепечаток в газетах превратился в научный труд по вычислению запаса энергии в объеме размером с кулак, способном испарить объем воды размером с бочку.
Источник
ЧТО УМЕЕТ ПОДВОДНАЯ МОЛНИЯ
Рассказывают, что в конце 1940-х годов прошлого века студент Лёва Юткин пережидал грозу на берегу озера. Внезапно молния ударила в воду, подняв к небу огромный фонтан, окативший юношу с головы до ног. Дивное явление запомнилось. Школьный учитель дал Лёве небольшую электростатическую машину, и студент не пожалел нескольких лет, чтобы экспериментально воспроизвести увиденное.
Казалось бы всё просто: один провод бросить в сосуд с водой, другой поднести к её поверхности да покрутить рукоятку машины. Но и первая, и сотая искра никакого эффекта не дали.
А потом получилось. Небольшой аквариум вдруг негромко раскололся на несколько больших кусков, и вода хлынула в комнату. Этот успех и определил дальнейшую жизнь Юткина-изобретателя.
Оказалось, если правильно провести электрический разряд в воде, да ещё использовать для этого источник энергии помощнее, чем школьная электростатическая машина, то получался мощный взрыв. Его сила разрушала любые материалы. Всё говорило о давлениях в тысячи и десятки тысяч атмосфер. Не удивительно, что в 1950 г. оду Л.А.Юткин совместно со своей супругой Лидией Александровной Гольцовой подает заявку на «Способ получения высоких и сверхвысоких давлений». Заявка увенчалась авторским свидетельством, правда, через семь лет. (Впоследствии Л.А.Юткин и Л.А.Гольцова сделали ещё около 150 изобретений!)
Во время электрического разряда в воде происходят сложные процессы. На первой его стадии, длящейся микросекунды, образуется плазменный канал с температурой до 40000° С. Плазма расширяется со скоростью, соизмеримой со скоростью звука в воде (1410 м/с). Так образуется первая ударная волна и полость, наполненная раскалённым паром и газом, которая постепенно заканчивает свое расширение, затем начинает пульсировать и в конце концов схлопывается.
Возникает кумулятивный эффект, похожий на тот, что используется в бронебойных снарядах. Возникающее на этой стадии давление, по оценкам учёных, может достигать 450 тысяч атмосфер. Неудивительно, что нет материалов, способных устоять в воде перед электрической искрой.
Отметим, что электрические разряды в воде наблюдали ещё в XIX веке. Но учёные не увидели в них ничего примечательного. А Л.А.Юткин обнаружил много интересного. Потому весь круг явлений, связанных с электрическим разрядом в воде и других жидкостях, принято называть электрогидравлическим эффектом (ЭГЭ), или эффектом Юткина.
В ЭГЭ до 30-80% электрической энергии переходит в механическую работу, а тепла порою выделяется значительно, в 2-3 раза, больше. Причина — в процессах, происходящих в моменты схлопывания полости. К сожалению, мы мало о них знаем. Основная их часть происходит, когда полость уменьшается до размеров, не различимых ни в один микроскоп. К тому же и длится наиболее интересный этап схлопывания много меньше, чем миллиардная доля секунды. Тем не менее, недостаток теоретических знаний не мешает практическому применению эффекта Юткина.
Прежде всего, это дробление самых различных материалов, начиная от простого превращения каменных глыб в щебень. Так, при реконструкции одного из мостов в Москве старые бетонные детали при помощи электрических разрядов превратили в крошку, которую пустили на изготовление новых.
Но есть процессы дробления более тонкие. На поверхности стальных деталей, отливаемых в земляную форму, остается прочно въевшийся в неё слой земли и окалины. Удаление его крайне трудоемко, если не применять ЭГЭ. А если им воспользоваться, то процесс оказывается крайне простым. Детали кладут в ванну, несколько ударов подводной молнии — и их поверхность чиста.
Эффект Юткина позволяет не только крушить, но и созидать. Вот как, например, с его помощью штампуют детали из металлического листа. Сначала делают матрицу — деталь, обратную по форме той, которую хотят получить. Её помещают на дно ванны, сверху прочно прижимают лист металла и откачивают из-под него воздух. Затем сверху наливают воду, и в ней производят разряды. Лист металла прогибается и точно заполняет всю поверхность матрицы.
Надо сказать, что листовую штамповку можно производить и множеством других способов, например, давлением масла или ударом молота по слою резины. Но тут необходимо применять особо пластичный и мягкий металл, значит, деталь получается непрочной. Эффект Юткина позволяет штамповать детали из хрупких и прочных металлов, и деталь получается очень прочной.
Способен ЭГЭ и бурить. Бур Юткина состоит из пластмассового стержня с электродом внутри и коронки из любого металла, например, меди. И коронка, и стержень неподвижны, вращается только легкий проволочный электрод. Через ещё один из каналов в стержне подается вода. При каждом повороте электрода зубцы неподвижной коронки обегает множество искр, дробящих в пыль лежащую внизу породу, а вода уносит её на поверхность. И нет пород, которые могут устоять перед таким буром.
Однажды Л.А.Юткин и Л.А.Гольцова подвергли ЭГ-ударам обычную почву, продувая через неё воздух. Дело в том, что содержащиеся в ней минеральные соли поступают к корням растений, в основном, с поверхности её частиц. Микромолнии раздробили их, поверхность увеличилась, и большая часть содержащихся в почве солей стала доступна корням растений. Более того, содержащийся в воздухе азот перешел в форму химических соединений, доступных растениям. Обычная земля превратилась в прекрасное экологически чистое удобрение!
Об эффекте Юткина можно говорить ещё долго, но лучше его попробовать своими руками. Главное — источник высокого напряжения, способный создавать резкие, быстро нарастающие импульсы. В промышленных установках для этого применяется высоковольтный трансформатор на 30-60 кВ, который через выпрямитель заряжает конденсатор. Однако сделать такой источник питания очень трудно, да и работать с ним опасно.
Самый простой способ — это поступить так же, как и сам Юткин: начать опыты с небольшой школьной электростатической машиной, которая может дать около 30000 В. С ней вам предстоит собрать цепь, состоящую из двух воздушных разрядников и электродов, укрепленных на дне ванны. Но вначале нужно привести в полный порядок саму электростатическую машину — разобрать и тщательно очистить от пыли.
Внимание! Все работы с электрической машиной опасны! Их можно вести только в присутствии взрослых!
Для нас очень важны стоящие на её подставке два высоковольтных конденсатора типа «лейденская банка». Они представляют собою стаканы, оклеенные фольгой. Их следует очищать от пыли особенно тщательно, стараясь при этом не повредить фольгу, которая является обкладкой конденсаторов: пыль при высоких напряжениях неплохой проводник. Замыкая ток, вырабатываемый машиной, она не позволит набрать высокое напряжение.
Следует также обратить внимание на маленькие медные щёточки — токосъёмники. Их нужно очистить от темного налета окислов. И наконец, электростатическую машину нужно хорошо просушить. Для этого поставьте её на сутки возле горячего калорифера. После этого она начнет так работать, что вы её не узнаете. Искры будут большие, звонкие и частые. Теперь приступаем к получению электрогидравлического эффекта.
Вам понадобится ванна с прозрачными стенками. Стеклянный сосуд не годится — он не выдержит гидравлический удар. Лучше взять нижнюю часть от пятилитровой пластиковой бутыли.
Её следует соединить с электростатической машиной при помощи высоковольтного провода, наподобие того, что применяется в системе зажигания автомобиля. Для формирования импульса необходимо сделать два разрядника. Каждый из них представляет собой укрепленные на куске пластмассы шарики диаметром по 15-20 мм. Их можно найти среди старых школьных приборов. Разрядники отрегулируйте так, чтобы расстояние между шарами равнялось 15-20 мм.
На дне ванны укрепите разрядные электроды. Их роль выполняют зачищенные концы высоковольтного провода. Расстояние между ними 50-80 мм. После этого наливаете в вашу ванну воду — и начинайте эксперименты.
Источник
