Электростатический генератор своими руками

Инструкция по сборке генератора статического электричества своими руками

До этого я уже создавал несколько генераторов статического электричества и эти проекты всегда вызывали сильный интерес. С ними очень весело проводить время и они позволяют делать много разных трюков с помощью электростатического разряда. Например, можно щелкать током своих друзей (и себя), заставлять руками частицы песка или пыли вести себя странно, так как они подвержены влиянию статических зарядов. Также можно притягивать струю воды, заряжать бумагу, чтобы она прилипала к стене и производить множество других магических трюков.

Вышеприложенное видео демонстрирует процесс сборки этого проекта, а текстовая версия ниже даст вам пошаговую инструкцию. Это третья версия моего генератора статического электричества, при этом она самая дешевая. Она позволяет создавать заряд примерно такой же, какой бывает, когда вы ловите искру от ковра, гуляя по нему в пижаме.

Ионизатор USB, который является основным компонентом проекта, можно найти здесь: ссылка

Ионизатор.
Изолированная проволока.
Термоусадочная трубка.
Горячий клей.
Припой и паяльник.
Батарейки-кнопки на 1.5v.
Изолента.

Шаг 1: Разбираем ионизатор

Ионизаторы такого типа разбираются очень просто. Если вы будете использовать их по назначению, то корпус, скорее всего, сам треснет уже через неделю. С помощью плоскогубцев моно легко вскрыть корпус и получить доступ к плате устройства. К слову, хочу заметить, что я бы не подключал такое устройство к USB-порту компьютера. Высоковольтные устройства лучше вообще не подключать к компьютеру.

Если вы обратите внимание на последние две картинки, то заметите, что я разделил устройство на две секции. Первая часть, близкая к USB, представляет собой конвертер, который преобразует постоянный ток от USB в переменный ток, который затем проходит через крошечный трансформатор во вторую часть устройства. Вторая часть состоит из цепи четырех последовательных усилителей напряжения, которым для работы нужен переменный ток. Но в конце мы имеем постоянный ток, который направляется на белый провод.

Схема представляет как раз то, что нужно, чтобы получить статический заряд, но нам нужно модифицировать её так, чтобы она работала от батареек.

Шаг 2: Добавляем входной и выходной провода

Чтобы изменить схему до нужного нам состояния, первым делом избавимся от USB. Отвернём два ушка по бокам, и порт будет держаться лишь на 4 пинах. Прислоним паяльник сразу ко всем пинам и высвободим плату от USB порта.

На другой стороне платы есть обозначения, по которым можно определить, какая клемма предназначена для положительного заряда и какая для земли, они соответственно обозначены символами V+ и GND. Я припаял к этим клеммам по проводу, другие концы проводов будут соединены с батарейками.

На последней картинке видно, что я работаю на другой стороне платы, где я выпаиваю короткий выходной провод и припаиваю вместо него новый, значительно более длинный.

Шаг 3: Изолируем схему

Нам нужно изолировать схему от высокого напряжения, которое она будет генерировать, иначе она поджарит сама себя. Перед тем как поместить всё в термоусадочную трубку, я сперва прошелся по схеме горячим клеем, это позволило создать для проводов соединение более прочное, чем просто маленькая капелька припоя. Затем я поместил поверх устройства термоусадочную трубку и малым огнём аккуратно закрепил её на месте. Концы трубки остались не слишком зажатыми, и я также заполнил их горячим клеем. Такие ионизаторы идут со световым индикатором, чтобы вы знали, что они работают, так что я убрал немного термоусадки в том месте, где находился диод.

Шаг 4: Запитываем генератор

Источники питания USB, под которые проектируются такие устройства, дают на выходе 5 Вольт постоянного тока. Достаточно сложно найти батарейку с таким же напряжением, но обычно электроприборы могут работать в небольшом диапазоне напряжений, поэтому мы можем совместить три батарейки на 1.5V и этого вполне должно хватить.

Чтобы соединить их, оголите небольшой участок заземляющего провода (также оставив длинный изолированный его конец) и согните его, чтобы можно было придавить этот участок к отрицательной клемме батареек. Я добавил к оголенной части немного припоя и она стала держать форму.

Затем поместите пачку батареек между двумя проводами, положительный вход совместите с положительной клеммой батареек, а заземляющий провод соедините с отрицательной клеммой батареек. Небольшое количество изоленты удержит батарейки вместе и плотно прижмёт провода к их клеммам.

При желании на положительный провод можно припаять выключатель, но я решил, что устройство будет всегда включено. Для выключения я просто просовываю небольшую пластиковую пластину между батареек, и она разрывает соединение.

Шаг 5: Заключение

Устройство на данном этапе полностью работоспособно. Для того чтобы оно зарядило ваше тело (или любой проводящий объект), выходной провод должен касаться вашей кожи, в то время как конец длинного заземляющего провода должен соприкасаться с поверхностью, на которой вы стоите. Более токопроводящая поверхность позволит девайсу работать лучше, так как это даст возможность получить больший дифференциал заряда между вами и вашим окружением.

Для своих предыдущих генераторов я создавал соединения на липучках, они позволяли надежно закрепить выходные провода на теле и прикрепить заземляющий провод к низу моей подошвы.

На этом всё! Надеюсь вам понравилось читать о моём проекте.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Генератор Тестатика — свободная энергия из атмосферы

Дата публикации: 31 октября 2019

Оригинальная история
Электростатический генератор Тестатика своими руками

Машина свободной энергии Testatika продолжает вдохновлять людей на эксперименты. Это когда-нибудь работало? Такой вопрос задают себе многие исследователи и физики, получившие классическое образование. В целом, конструкция напоминает типичную машину Вимшерста, но во многих других отношениях есть детали, которые остаются загадкой.

Оригинальная история

Электростатический генератор Тестатика, основанный на Pidgeon 1989 года, включает в себя цепь индуктивности. Предполагается, что прибор «свободной энергии» использует энергетический потенциал атмосферы, что в некотором отношении напоминает агрегат Вимшерста. Он был построен инженером и продвигался швейцарской религиозной общиной.

Изобретатель Бауман утверждал, что концепции устройств пришли к нему через посетителей из космоса, когда он находился в швейцарской тюрьме (1970-е) по обвинению в жестоком обращении с детьми, связанным с религиозным культом, основателем коего он был. Testatika известна как швейцарский конвертер ML или Thesta-Distatica. Примерная схема генератора Тестатика:

Работающие устройства, как утверждается, существуют с 1960-х в религиозной группе под названием Methernitha (недалеко от Берна, Швейцария). Конкретные и точные принципы работы приборов неизвестны. Согласно различным источникам, Testatika использует конструктивные особенности электростатической машины Пиджона: обладает индуктивной цепью, емкостной цепью и термоэлектронным выпрямительным клапаном. До сих пор в устройствах не использовались полупроводники или транзисторы. Всё устройство можно разделить на две большие составные части: генератор и вспомогательные цепи.

1. Генератор

В базовой системе Pidgeon указаны модификации для повышения, стабилизации и фиксации полярностей заряда в определенных точках машины. Многодисковая конденсаторная машина Wommelsdorf также имеет аспекты, применимые к Testatika. Тестатика имеет 50 стальных решёток на диск. Это инновация для электростатических машин прошлого. Основываясь на умозрительных заключениях учёных-энтузиастов, исследовавших изобретение, можно выделить несколько отличительных черт детища господина Баумана:

Принцип основан на предыдущих исследованиях и патентах на электрические цепи, в которых секторы гофрированы.
Такие гофрированные электростатические секторы — более эффективные носители заряда по сравнению с плоскими аналогами.
Диски переносят заряды с вращающихся элементов на коллекторы.
Перфорированные клавишные панели заменяют стандартные щетки или заостренные направляющие предыдущих вариантов электростатических машин.
Коллекторы не трогают диски, заряд проходит через параллельный воздушный зазор от металлических решеток к площадкам. Во время работы воздушный зазор подвергается воздействию миниатюрных вихревых токов, которые циркулируют вокруг перфорированной поверхности.

Вышеописанный процесс, в отличие от системы Pidgeon, имеет дополнительный косвенно связанный коллектор на передней верхней центральной части первого диска.

Диски вращаются со скоростью всего 60 об/мин (варьируется до 15 об/мин). Расположены очень близко друг к другу. Передний — прозрачный, сделан из плексигласа (положительно заряженный «облачный»), задний — темный диск (отрицательный «заземленный») соответствуют трибоэлектрическому ряду. Диски могут быть легированы парамагнитными частицами.

Нейтрализующие стержни размещены так, что заряды индуцируются из одной области, накапливаясь в других местах. Они выравнивают, стабилизируют частицы противоположных знаков, обеспечивают правильную распределенную полярность заряда в определенных зонах.

2. Вспомогательные цепи

Статическую энергию электростатический генератор Тестатика преобразует в электродвижущую силу с помощью своего колебательного контура, выпрямителей клапана. Колебания электрического тока контролируются соединением термоэлектронного выпрямительного клапана, конденсаторов цилиндров и естественным сопротивлением.

Колебания электромагнитной цепи модулируются через трансформаторы, выпрямляясь в импульсы постоянного тока. Герман Плазон, эстонский изобретатель, описывает такие методы преобразования статической энергии. Термоэлектронный выпрямительный клапан имеет анодную сетчатую пластину, спиральную медную решетку, светящийся (нагретый) катодный провод, проходящий горизонтально через его центр, и соответствующие провода.

Подковообразный магнит содержит четыре блока из плексигласовой среды, чередующиеся с медными, алюминиевыми пластинами. Два подковообразных магнита с ламинированными блоками из металлизированного плексигласа, чередующиеся с медными и алюминиевыми пластинами, образуют, как говорят разные источники, «генераторы электронного каскада». Существует цепная реакция, образующая «свободные электроны». Изолированный провод также наматывается вокруг подковообразных магнитов для индукционных целей.

Используются два внешних цилиндра. Соединение каждой отдельной вторичной обмотки может быть основано на «катушке разрывающего разряда», разработанной Николой Теслой. Цилиндры по бокам частично действуют как конденсаторы. Эта конфигурация формирует сеть импульсов. Каждый цилиндр имеет сердечник из 6 анизотропных ферритовых магнитов с полым кольцом, пластиковыми проставками для воздушных зазоров, образующих трансформатор.

Центральный входной стержень соединяется внизу со стопкой взаимосвязанных блинных катушек. Один трансформатор подключен к выходному отрицательному полюсу, а другой к выходной положительной полярности относительно зазоров магнитного сопротивления. Каждый соединен с вторичной обмоткой блинной катушки. Использование алюминиевой экранирующей сетки и сплошных медных экранирующих листов направлено на минимизацию паразитных электростатических зарядов.

Два дроссельных узла находятся в вертикальных двойных стеклянных трубках со спирально повернутой алюминиевой полосой. Трубы составляют две трети высоты башни. Стеклянная трубка заканчивается наверху прямоугольными латунными стержнями, соединяющимися с выпрямителем. Деревянное основание имеет чередующиеся слои перфорированных металлических изолирующих пластин, образующих накопительный конденсатор.

Возможно, это еще один пример альтернативного мышления, необходимого для трансформации нынешнего энергетико-экологического кризиса. Несмотря на создание и демонстрацию этого устройства, технология не использовалась остальным миром в течение более 30 лет не только по моральным соображениям (изобретение было детищем секты, а сам инженер был обвинён в жестоком обращении с детьми), а потому, что ни у кого из очевидцев нет точных технических данных об устройстве чудо-машины.

Но тот простой факт, что само религиозное сообщество Methernitha не использует устройство, ставит под сомнение его эффективность в отношении получения свободной энергии. Все их потребности в электричестве удовлетворяются парой ветрогенераторов, а также они покупают электроэнергию как все остальные. Большой вопрос о возможностях этой машины до сих пор остается без ответа.

Электростатический генератор Тестатика своими руками

Сейчас в открытом доступе довольно много информации о внешнем виде и эксплуатации аппарата, вся она предположительная и технически сложная. На протяжении многих лет агрегат демонстрировался различным техническим специалистам и инженерам, которые приглашались в общину, но за 30 лет никто так и не получил рабочего прототипа устройства, чтобы его можно было собрать за пределами Methernitha. По убеждению метернитов, для того, чтобы понять природу и ощутить её голос, человек обязан испытать тишину и одиночество. Ведь именно там были получены знания об этой технологии.

Но народные умельцы не оставляют надежды получить свободную энергию и пытаются воссоздать творение Пола Бауманна своими руками.

Как построить машину Уимшерста на 30 киловольт

Электрофорная машина, генератор Уимсхёрста — электростатический генератор, то есть электрическая машина для генерирования высокого напряжения, разработанная британским изобретателем Джеймсом Уимсхёрстом. Использует явление электростатической индукции, при этом на полюсах машины (лейденских банках) накапливаются электрические заряды, разность потенциалов на разрядниках достигает нескольких сотен тысяч вольт. Работает с помощью механической энергии.

Электростатические машины создают заряды высокого напряжения без привычных катушек из медной проволоки, постоянных магнитов и коммутаторов, которые есть в обычных генераторах. Они сделаны из латуни, стекла и дерева и выглядят скорее механическими, чем электрическими.

Самое интересное в этих генераторах — это то, что вы можете почувствовать их работу. Когда вы запускаете машину Wimshurst, вы можете слышать, как она потрескивает от энергии, вы чувствуете резкий запах озона и чувствуете, как волосы на руках встают дыбом, когда лейденские банки начинают заряжаться.

Джеймс Вимшерст изобрел машину Вимшерста в конце 1800-х годов. Это «простой» генератор высокого напряжения, который можно использовать в экспериментах. Он вытеснил другие устройства, такие как машины «Holtz» и «Voss». Это был один из первых способов генерировать высокое напряжение, позволяющее более или менее удобно делать рентгеновские снимки на рубеже веков. Машина Вимшерста была заменена примерно в 1924 году более практичными генераторами, такими как генератор Маркса, который до сих пор используется в лазерных принтерах и телевидении с ЭЛТ.

Машина Вимшерста состоит из двух дисков, вращающихся в противоположных направлениях, и двух лейденских банок (конденсаторов). Чаще всего он приводится в действие рукояткой, но также может приводиться в действие электродвигателем.
В этой статье мастер покажет, как он спроектировал и построил машину Вимшерста с нуля.

Конкретно это устройство генерирует 30 000 вольт (рассчитано с использованием максимального расстояния между искровыми промежутками) и несколько десятков микроампер.

Работает устройство следующим образом.

Начало: зарядка секторов
Машина состоит из двух диэлектрических дисков. Каждый диск разделен на сектора. Сектора металлизированы. Диски приводятся во встречное вращение с равной угловой скоростью. Работа начинается с любого сектора, который имеет заряд, то есть у них несбалансированное количество положительного или отрицательного заряда. Допустим, что сектор на передней стороне есть чистый отрицательный заряд.
Этот отрицательный сектор влияет на сектор, к которому он обращен на противоположном(заднем) диске, отталкивая отрицательный заряд к дальней стороне заднего сектора (поскольку одинаковые заряды отталкиваются) и оставляя ближнюю сторону с положительным зарядом (поскольку разные заряды притягиваются). Этот процесс называется электростатической индукцией. Машину Вимшерста называют «машиной влияния», поскольку заряд в одном секторе влияет на распределение заряда в другом секторе. Несмотря на то, что распределение заряда в заднем секторе находится под влиянием, он все еще имеет отрицательный заряд.

Нейтрализующий заряд
Рис.4. показывает, что происходит рядом с задним диском, на который только что воздействовали. На каждом диске имеется нейтрализующий стержень. На каждом конце полосы нейтрализации есть проводник (щетка), который касается секторов по мере их прохождения. Количество секторов четное и стержень касаясь одного сектора, касается противоположного сектора. Таким образом противоположный сектор тоже получает отрицательный заряд.

На следующем рисунке представлена ситуация сразу после нейтрализации поверхностного заряда на обоих секторах после того, как диски немного повернуты в сторону от щеток. Первый сектор остается с положительным зарядом, поскольку отрицательный заряд только что был снят с него нейтрализующей полосой. Второй сектор только что получил отрицательный заряд от нейтрализующей планки, поэтому он остается заряженным отрицательно.

Теперь у нас есть 3 заряженных сектора: исходный, с которого началась последовательность событий, первый заряженный сектор и второй заряженный сектор. Затем процесс повторяется на следующих секторах.

Накопление заряда
Если посмотреть внимательно, все отрицательно заряженные сектора направляются к левому коллектору, а все положительно заряженные сектора направляются к правому коллектору. Также можно заметить, что секторы, которые только что прошли через любой из коллекторов заряда, получили свой заряд и теперь в целом нейтральны. Так продолжается до тех пор, пока он не достигнет нейтрализующих щеток, где воздействующее и нейтрализующее действие перезарядит их.

Сбор заряда
Электроды физически не касаются секторов. Вместо этого они имеют острые края, обращенные к секторам, и между ними есть воздушный зазор. В качестве примера рассмотрим один из коллекторов Отрицательный заряд на секторах отталкивает электроны от острия, оставляя положительный заряд. Электрический заряд имеет тенденцию накапливаться вокруг острых предметов. Сложенный положительный заряд приводит к возникновению сильного электрического поля в зазоре между заряженными секторами и коллекторными гребешками. Это сильное электрическое поле ионизирует молекулы воздуха и делает их проводящими, образуя синевато-пурпурную корону возле острия. Этот проводящий воздух значительно снижает сопротивление, которое обычно имеет воздух. Это приводит к тому, что отрицательный заряд на секторах перескакивает через зазор к коллектору, что снова оставляет сектора нейтральными.
Тот же процесс происходит на правом коллекторе, только с противоположными зарядами.

Лейденские банки и искровой разряд
Остальная часть схемы состоит из разрядника и двух лейденских банок, которые представляют собой два цилиндрических конденсатора, соединенных последовательно. Искровой разрядник также представляет собой конденсатор, хотя и гораздо меньшего размера, чем у лейденских банок. Он также имеет диэлектрик (воздух). Искровой разрядник и цепь лейденских банок параллельны коллекторам. Шунт часто используется для простого подключения и отключения лейденских банок.

Заряд, собранный с секторов, заряжает лейденские банки и далее переходит на искровой разрядник.

Шаг второй: диски
Первоначально мастер использовал два желтых акриловых листа, которые были вырезаны на лазерном резаке. К сожалению, он упустил из виду тот факт, что нужно сделать отверстие по центру. При попытке сделать отверстия они не получились соосно.
Тогда он сделал два диска из оранжевого акрила.

Диски имеют диаметр 290 мм. Пять отверстий в центре предназначены для крепления подшипника. На каждом диске крепится 24 сектора из вырезанные из алюминиевой фольги.

Коллекторы заряда (гребни), сделаны из медной проволоки. Проволока сгибается буквой U. К прямым участкам припаиваются по 12 медных перемычек. Затем перемычки обрезаются немного отступив от края.

Гребешки крепятся так, чтобы острые штырьки располагались напротив секторов. Гребешки в свою очередь соединяются с медной проволокой, закрепленной на шпильках лейденских банок.

Лейденские банки представляют собой два слоя алюминиевой фольги обернутые вокруг секции от люминесцентной лампы (стеклянная колба или трубка). Один слой изнутри, второй снаружи. По сути это конденсатор. Для устройства нужны две Лейденские банки. Одна у него получилась емкостью 0,83 нФ, а вторая 0,76 нФ.

Наружные фольга банок соединяется медным шунтом.

Шаг восьмой: устранение неполадок
Изначально машина выдавала максимум 200В. Внимательно рассмотрев устройство, он понял, что частично утечка была через металлический вал, на котором были установлены диски. Оси касались бронзовые стержни. Сначала он заизолировал стержни, затем заменил ост на диэлектрическую.

Вторым фактором, влияющим на напряжение было количество гребешков. Он удалил их все, кроме одного.
Имея только по одному гребешку с каждой стороны токосъемника, площадь будет минимальной, а напряжение — максимальным.

Электростатические генераторы — устройство, принцип действия и применение

Электрический заряд — явление, когда два разноименных заряда одинаковой величины взаимно уничтожаются. Если два тела, в значительной мере заряженные противоположным электрическим зарядом, находятся на близком расстоянии друг от друга, то между ними проскакивает искра и слышен короткий треск.

Сила действия электрически заряженного тела на другое, заряд которого принимается за единицу, называется потенциалом. Разница потенциалов — напряжение.

Первые способы получения электрических зарядов и электростатических полей заключались в трении разнородных материалов (меха, шерсти, шелка, кожи и других материалов о стекло, смолы, каучук и др.). Напряжения и заряды при этом были крайне малы. Наведением и накоплением зарядов путем механического переноса удалось несколько повысить получаемые при этом напряжения.

В дальнейшем для получения высоких напряжений были созданы непрерывно действующие машины с вращающимися дисками, основанные на принципе электростатического наведения (индуцировании). Однако эти машины не давали возможности получить большие мощности и нашли применение главным образом как приборы в физических кабинетах учебных заведений.

Электризация тел и электростатическая индукция

Сообщение телу электрических зарядов называется электризацией. Описанный в статье Электризация тел и взаимодействие зарядов процесс образования положительного и отрицательного ионов дает представление о процессе электризации тел: он заключается в переносе электронов от одного тела к другому.

Таким образом, электрическй заряд тела определяется избытком или недостатком в теле электронов. Наэлектризовать тело можно разными способами, из них техническими являются трение, контактирование, наведение, перенос зарядов.

Обратный процесс — восстановление нейтрального состояния тела (нейтрализация) — заключается в сообщении ему недостающего числа электронов или удаление из него избыточного числа их.

При электризации трением, если ни одному из соприкасающихся при этом тел не сообщается извне добавочных зарядов, оба тела заряжаются одинаковым количеством электричества разных знаков. При соединении тел их заряды полностью нейтрализуются.

Таким образом, заряды не создаются и не уничтожаются, а только передаются от одного тела к другому. Это убеждает нас в существовании закона сохранения электрических зарядов, подобно закону сохранения энергии.

Статическое электричество — электрический заряд в состоянии покоя. Оно возникает в результате трения двух непроводников или непроводника и металла (например, приводные ремни электромоторов), но необязательно твердых тел.

Статическое электричество может возникнуть также в результате трения некоторых жидкостей или газов. У людей с очень сухой кожей образуются электрические заряды. При движении (трении волокон о кожу) в ткани возникает значительный статический электрический заряд, ткань прилипает к телу и мешает движениям.

Статическое электричество становится опасным в легковоспламеняющейся и взрывоопасной среде, где одна искра может зажечь всю массу. В таком случае надо своевременно отвести статический заряд в землю или воздух с помощью какого-либо металлического приспособления, электропроводность которого можно поднять увлажнением или облучением.

Электростатическая индукция — возникновение электрических зарядов на проводнике под влиянием других зарядов, находящихся возле проводника (электризация тела на расстоянии).

Под действием внешнего заряда на ближайшем конце проводника индуктируется (возникает) заряд, знак которого противоположен знаку действующего извне заряда, а на дальнем конце проводника — заряд того же знака. При этом оба индуктируемых заряда равны по величине, т. е. индукция вызывает только разделение зарядов на проводнике, но не изменяет общего заряда проводника (т. к. сумма индуктируемых зарядов равна нулю).

Величина индуктируемых зарядов и их расположение определяются из условия, что электростатическое поле внутри проводника должно отсутствовать. Поэтому индуктируемые заряды располагаются так, что создаваемое ими электрическое поле как раз уничтожает внутри проводника то поле, которое создается индуктирующим зарядом.

Пример электростатической индукции: в незаряженном электроскопе оба электрических заряда, положительный и отрицательный, находятся в равных количествах и поэтому электроскоп не наэлектризован.

Если к нему приблизить стеклянную палочку с положительным зарядом, то свободные электроны одновременно притянутся к ней, положительный заряд электроскопа одновременно отталкивается.

Отрицательный заряд концентрируется ближе к стеклянной палочке, связан с ней, тогда как положительный отталкивается и поэтому располагается на обратной стороне электроскопа — он свободен.

Теперь электроскоп наэлектризован. Однако это состояние не является продолжительным. Стоит удалить стеклянную палочку, как разделение заряда на положительный и отрицательный нарушается, нейтральное состояние электроскопа восстанавливается, и его листочки вернутся в исходное положение.

Электроскоп — устройство, с помощью которого можно установить, каким зарядом наэлектризовано тело. Он состоит из металлического стержня с шариком или пластинкой на верхнем конце и двух свободно свисающих металлических листочков в нижней части. Действие электроскопа основано на принципе: одноименно заряженные тела отталкиваются (Смотрите — Принцип действия электроскопа).

Электростатическая индукция — одна из причин возникновения молнии в природе,— самого мощного и опасного проявления атмосферного статического электричества.

Молния — это разряд атмосферного электричества между отдельными частями облака, отдельными облаками, облаком и Землей, от Земли к облаку. Другими словами, молнию можно определить как электрический ток короткой продолжительности, электрическую искру, выравнивающую электрические потенциалы.

Электростатический генератор Ван де Графа

Для научных и технических целей (например, в ядерной физике, радиобиологии, рентгенотерапии, для испытания материалов, дефектоскопии и пр.) необходимы устройства, позволяющие получать напряжения в несколько миллионов вольт.

Такими устройствами являются технически совершенные электростатические генераторы высокого постоянного напряжения. Наиболее известен из них генератор Ван де Граафа, который создал в 1829-м году американский физик Роберт Ван де Грааф (1901 — 1967).

Генератор Ван де Граафа (1933 год) напряжением на 7 мегавольт

Генератор представляет собой металлический полый шар, укрепленный на высокой пустотелой колонне из изолирующего материала. Размеры шара и высота колонны определяются пределом требуемого напряжения генератора (например, у генератора напряжением 5 МВ диаметр шара достигает 5 м). Внутри колонны движется бесконечная лента из изолирующего материала (шелка, резины), которая служит конвейером для передачи зарядов на сферу.

При движении вверх лента проходит в нижней части устройства мимо щетки соединенной с одним полюсом источника постоянного тока напряжением примерно 10000 В (в качестве этого источника может служить соответствующее выпрямительное устройство). В конструкции своих первых электростатических генераторов Ван де Грааф использовал устройство с электронной лампой.

Устройство электростатического генератора Ван де Граафа

С остриев этой щетки заряды стекают на ленту, переносящую их внутрь шара, а через вторую щетку они переходят на внешнюю поверхность шара. Для усиления процесса незаряженной части ленты, движущейся вниз, передаются заряды противоположного знака, с помощью щеток отводимые от заряжаемого шара.

Благодаря электростатической индукции на щетке появляется отрицательный заряд, который путем истечения передается опускающейся части ленты. Этот заряд затем передается щетке и заземленному нижнему шкиву, через которые отводится в землю.

При непрерывном движении ленты заряд шара увеличивается, пока не достигает заданного предельного значения, определяемого диаметром шара и расстоянием от него до другого электрода или до земли.

Чтобы увеличить напряжение, устанавливают два таких устройства, в которых шары получают заряды противоположных знаков. Так, например, чтобы получить напряжение 10 МВ, применяют два генератора, заряжаемых относительно земли до +5 Мв и -5 МВ и устанавливаемых на таком расстоянии один от другого, чтобы была исключена возможность пробоя при напряжении, меньше заданного.

В настоящее время существует большое количество разнообразных моделей электростатических генераторов, в том числе повторяющих конструкции Ван де Граафа. Они используются как для физических экспериментов, так и в качестве атракциона для развлечений и демонстраций действия статического электричества.

Опасное развлечение: простой для повторения генератор высокого напряжения

Добрый день, уважаемые хабровчане.
Этот пост будет немного необычным.
В нём я расскажу, как сделать простой и достаточно мощный генератор высокого напряжения (280 000 вольт). За основу я взял схему Генератора Маркса. Особенность моей схемы в том, что я пересчитал её под доступные и недорогие детали. К тому же сама схема проста для повторения (у меня на её сборку ушло 15 минут), не требует настройки и запускается с первого раза. На мой взгляд намного проще чем трансформатор Теслы или умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона.

Принцип работы

Сразу после включения начинают заряжаться конденсаторы. В моём случае до 35 киловольт. Как только напряжение достигнет порога пробоя одного из разрядников, конденсаторы через разрядник соединятся последовательно, что приведёт к удвоению напряжения на конденсаторах, подсоединённых к этому разряднику. Из-за этого практически мгновенно срабатывают остальные разрядники, и напряжение на конденсаторах складывается. Я использовал 12 ступеней, то есть напряжение должно умножиться на 12 (12 х 35 = 420). 420 киловольт — это почти полуметровые разряды. Но на практике, с учетом всех потерь, получились разряды длиной 28 см. Потери были вследствие коронных разрядов.

О деталях:

Сама схема простая, состоит из конденсаторов, резисторов и разрядников. Ещё потребуется источник питания. Так как все детали высоковольтные, возникает вопрос, где же их достать? Теперь обо всём по порядку:

1 — резисторы

Нужны резисторы на 100 кОм, 5 ватт, 50 000 вольт.
Я пробовал много заводских резисторов, но ни один не выдерживал такого напряжения — дуга пробивала поверх корпуса и ничего не работало. Тщательное загугливание дало неожиданный ответ: мастера, которые собирали генератор Маркса на напряжение более 100 000 вольт, использовали сложные жидкостные резисторы генератор Маркса на жидкостных резисторах, или же использовали очень много ступеней. Я захотел чего-то проще и сделал резисторы из дерева.

Отломал на улице две ровных веточки сырого древа (сухое ток не проводит) и включил первую ветку вместо группы резисторов справа от конденсаторов, вторую ветку вместо группы резисторов слева от конденсаторов. Получилось две веточки с множеством выводов через равные расстояния. Выводы я делал путём наматывания оголённого провода поверх веток. Как показывает опыт, такие резисторы выдерживают напряжение в десятки мегавольт (10 000 000 вольт)

2 — конденсаторы

Тут всё проще. Я взял конденсаторы, которые были самыми дешевыми на радио рынке — К15-4, 470 пкф, 30 кВ, (они же гриншиты). Их использовали в ламповых телевизорах, поэтому сейчас их можно купить на разборке или попросить бесплатно. Напряжение в 35 киловольт они выдерживают хорошо, ни один не пробило.

3 — источник питания

Собирать отдельную схему для питания моего генератора Маркса у меня просто не поднялась рука. Потому, что на днях мне соседка отдала старенький телевизор «Электрон ТЦ-451». На аноде кинескопа в цветных телевизорах используется постоянное напряжение около 27 000 вольт. Я отсоединил высоковольтный провод (присоску) с анода кинескопа и решил проверить, какая дуга получится от этого напряжения.

Вдоволь наигравшись с дугой, пришел к выводу, что схема в телевизоре достаточно стабильная, легко выдерживает перегрузки и в случае короткого замыкания срабатывает защита и ничего не сгорает. Схема в телевизоре имеет запас по мощности и мне удалось разогнать её с 27 до 35 киловольт. Для этого я покрутил подстроичник R2 в модуле питания телевизора так, что питание в строчной развертке поднялось с 125 до 150 вольт, что в свою очередь привело к повышению анодного напряжения до 35 киловольт. При попытке ещё больше увеличить напряжение, пробивает транзистор КТ838А в строчной развёртке телевизора, поэтому нужно не переборщить.

Процесс сборки

С помощью медной проволоки я прикрутил конденсаторы к веткам дерева. Между конденсаторами должно быть расстояние 37 мм, иначе может произойти нежелательный пробой. Свободные концы проволоки я загнул так, чтобы между ними получилось 30 мм — это будут разрядники.

Лучше один раз увидеть, чем 100 раз услышать. Смотрите видео, где я подробно показал процесс сборки и работу генератора:

Техника безопасности

Нужно соблюдать особую осторожность, так как схема работает на постоянном напряжении и разряд даже от одного конденсатора будет скорее всего смертельным. При включении схемы нужно находиться на достаточном удалении потому, что электричество пробивает через воздух 20 см и даже более. После каждого выключения нужно обязательно разряжать все конденсаторы (даже те, что стоят в телевизоре) хорошо заземлённым проводом.

Лучше из комнаты, где будут проводиться опыты, убрать всю электронику. Разряды создают мощные электромагнитные импульсы. Телефон, клавиатура и монитор, которые показаны у меня в видео, вышли из строя и ремонту больше не подлежат! Даже в соседней комнате у меня выключился газовый котёл.

Нужно беречь слух. Шум от разрядов похож на выстрелы, потом от него звенит в ушах.

Интересные наблюдения

Первое, что ощущаешь при включении — то, как электризуется воздух в комнате. Напряженность электрического поля настолько высока, что чувствуется каждым волоском тела.

Хорошо заметен коронный разряд. Красивое голубоватое свечение вокруг деталей и проводов.
Постоянно слегка бьет током, иногда даже не поймёшь от чего: прикоснулся к двери — проскочила искра, захотел взять ножницы — стрельнуло от ножниц. В темноте заметил, что искры проскакивают между разными металлическими предметами, не связанными с генератором: в дипломате с инструментом проскакивали искорки между отвёртками, плоскогубцами, паяльником.

Лампочки загораются сами по себе, без проводов.

Озоном пахнет по всему дому, как после грозы.

Заключение

Все детали обойдутся где-то в 50 грн (5$), это старый телевизор и конденсаторы. Сейчас я разрабатываю принципиально новую схему, с целью без особых затрат получать метровые разряды. Вы спросите: какое применение данной схемы? Отвечу, что применения есть, но обсуждать их нужно уже в другой теме.

На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением.