Przejdź do głównej zawartości

Pokaz wysokich napięć w Laboratorium Wysokich Napięć PW

Wysokonapięciowe zjawiska występują dookoła nas. Poniższy film, nagrany przy okazji jednego z pokazów wysokonapięciowych, przedstawia kilka z nich.



Wyładowania ślizgowe


Pokazane zostały one na przykładzie szklanej butli wypełnionej wodą. Dla lepszego efektu wizualnego woda została zabarwiona nadmanganianem potasu. Butla została postawiona na izolatorze wysokonapięciowym, na szklanej płytce. Między dnem butelki a szklaną płytką znajduje się górny koniec uziemionej taśmy metalowej. Z drugiej strony, w korek butli włożona została elektroda, do której doprowadzone zostało wysokie napięcie, rzędu 50-60 kV. Elektroda ta jest na tyle długa, że jej dolny koniec jest zanurzony w wodzie. Obserwując wyładowania można dojść do wniosku, że szklana izolacja w postaci ścianek butli jest na tyle skuteczna (oddziela wodę na wysokim potencjale i metalową płytkę pod dnem butli), że nie dochodzi na tej drodze do przeskoku. Łatwiej jest się rozwinąć wyładowaniom po powierzchni butelki (stąd nazwa: powierzchniowe czy ślizgowe), mimo iż odległość między uziemioną płytką a elektrodą wysokiego napięcia jest wielokrotnie większa niż grubość ściany (denka) butelki. W praktyce, czego nie widać na filmie, pewne mikro-wyładowania pojawiają się również w szkle, czego efektem jest co jakiś czas pęknięcie butelki i konieczność jej wymiany - po prostu zaczyna przeciekać. 

Młynek Franklina

Od 30 sekundy przez chwilę możemy obserwować tzw. młynek franklina. W naszym wykonaniu młynek ten jest wygiętym drucikiem w kształt śmigła umieszczonym na ostrzu, żeby zminimalizować opory tarcia. W naszym modelu są dwa takie druciki umieszczone prostopadle do siebie. W efekcie umieszczenia takiej konstrukcji w polu elektrycznym wokół ostrych końców śmigła powstaje na tyle duże natężenie pola elektrycznego, że dochodzi do jonizacji cząsteczek gazu otaczającego wiatraczek. Jony naładowane znakiem przeciwnym do znaku ładunku wiatraka są przez niego przyciągane, a po zbliżeniu się do niego ulegają neutralizacji. Jony o tym samym znaku ładunku są odpychane przez wiatraczek i tworzą obszar naładowany w niewielkiej odległości od ostrza. W wyniku odpychania tych jonów i młynka, wprawiany jest on w ruch. 

Drabina Jakuba

Do tego eksperymentu potrzebne są dwa stalowe pręty, które umieszczamy tak, aby ich górne końce były dalej niż dolne. Jeden z prętów połączony jest do ziemi (czyli ma potencjał ziemi - zazwyczaj 0 V), zaś drugi będzie połączony do źródła wysokiego napięcia. Jeśli napięcie to będzie wystarczająco wysokie to dojdzie do zapalenia się łuku elektrycznego na dole układu prętów, ponieważ tam jest najmniejsza odległość między nimi. Ponieważ taki łuk charakteryzuje się bardzo dużą temperaturą i nagrzewa powietrze dookoła siebie, a w szczególności nad sobą, stąd to ciepłe powietrze zaczyna się unosić. Wraz z nim unosi się łuk elektryczny, ale jak zwrócimy uwagę to ze wzrostem wysokości zwiększa się także odstęp między prętami. W pewnym momencie jest on na tyle duży, że łuk gaśnie. Jeśli w dalszym ciągu będziemy podtrzymywać wysokie napięcie na jednym z prętów to łuk zaświeci się znowu (znowu na dole) i cała wędrówka wzwyż się powtórzy. W praktyce takie rozwiązania stosowane są do ograniczania przepięć mogących uszkodzić wrażliwą część instalacji elektrycznej i włączonych do niej urządzeń. Będąc w pobliżu trakcji kolejowej lub tramwajowej możemy takie charakterystyczne rożki zaobserwować na niektórych ze słupów. Są one tam umieszczane właśnie w celach ochrony przed przepięciami, będącymi skutkiem np. wyładowań piorunowych.

Generator Tesli

Często w mowie potocznej mówi się o generatorze Tesli, a w rzeczywistości jest to transformator Tesli. W praktyce jest to transformator powietrzny wytwarzający wysokie napięcie rzędu milionów woltów, a twórcą cewki wysokonapięciowej jest Nikola Tesla - stąd nazwa. Nie wchodząc w szczegóły konstrukcyjne, jest to urządzenie działające z wykorzystaniem zjawiska rezonansu między kondensatorem i cewką pierwotną a podobną parą będącą obwodem wtórnym. Obrazowo można napisać, że energia z kondensatora pierwotnego jest "przesyłana" do obwodu wtórnego a następnie "zwracana" do pierwotnego. Cały cykl powtarza się z częstotliwością rezonansową. Efekty działania możemy obserwować jako serię widowiskowych wyładowań, ale też czasem zjawisko to wykorzystywane jest w urządzeniach takich jak jonizatory powietrza.

Komentarze

Popularne posty z tego bloga

[Arduino] Czujnik martwej strefy w lusterku bocznym

Poruszanie się motocyklem, w szczególności w mieście, związane jest z ryzykiem wjechania innemu uczestnikowi ruchu przed przysłowiową maskę. Jest to o tyle niebezpieczne, że mimo względnie niewielkich prędkości może dojść do wywrotki motocykla wraz z kierującym i pasażerem. Aby tego uniknąć trzeba umiejętnie korzystać z lusterek, jednak w przypadku motocykli są one na ogół dość małe i bardziej niż ma to miejsce w samochodach doświadczamy tzw. martwej strefy. Ogólnie rzecz biorąc jest to strefa w bliskiej odległości od motocykla, której nie widzimy w lusterku (trzeba się wychylić i spojrzeć w nie pod innym kątem albo odwrócić głowę), a w której może znaleźć się inny pojazd. Z pomocną ręką może przyjść nowoczesna elektronika. W niniejszym wpisie przedstawię bardzo prostą propozycję wykorzystania Arduino jako czujnika martwej strefy motocykla.  Oczywiście zamiast motocykla można wstawić każdy inny pojazd, a wręcz pomysł można potraktować jako czujkę alarmową (czujnik ruchu). Cały pro...

[Arduino] Trójkanałowy pomiar rezystancji

Moduł Arduino posiada kilka portów analogowych, poprzez które możemy mierzyć napięcie. Napięcie jest taką wielkością, że przy odrobinie wyobraźni i znajomości elektrotechniki w zasadzie każdą inną możemy sprowadzić właśnie do napięcia. Dzisiejszy projekt dotyczy trójkanałowego pomiaru rezystancji z wykorzystaniem Arduino. Oprócz modułu procesora wykorzystany będzie moduł wyświetlacza LCD. Dlaczego trójkanałowego? Ano dlatego, że taki układ można wykorzystać np. do pomiaru przenośnych uziemiaczy trójfazowych. 

Z psem na Turbacz

 Wyjazd wakacyjny nie musi się wiązać z zostawianiem psa w domu pod opieką rodziny czy sąsiadów, albo oddawaniem do psiego hotelu. Przy odrobinie wyobraźni i dobrych chęci czas ten można znakomicie spędzić wspólnie. Pewną propozycją dla osób posiadających psa lubiącego dalekie spacery może być wycieczka na Turbacz. Turbacz jest najwyższym szczytem Gorców, a jego wysokość to 1310 m.  Dojście z psem na szczyt możliwe jest legalnie niebieskim szlakiem z Łopusznej. O tyle zaznaczam legalność wejścia, ponieważ wstęp psów do parków narodowych jest w większości przypadków zabroniony, a Trubacz od północy otacza Gorczański Park Narodowy. Proponowany niebieski szlak jest to dość długi, bowiem ma około 11 km licząc od parkingu. Część turystów zostawia samochód na dzikim parkingu 3 km dalej po trasie szlaku, ale miejsca jest tam nie za dużo i może być problem. Poza tym umówmy się, że jak się idzie szlakiem to się idzie, a nie jedzie - do czego wrócę w innym wpisie. A zatem samochód zosta...