Познавательно

Проходя через газ, электрический ток заставляет его светиться. Заряженные частицы — электроны и ионы — движутся среди молекул газа, ударяются о них, вызывают рождение лучей света. Это явление называют «электрический разряд».

Ослепительные дуги, применяемые для сварки и плавки металлов, разноцветные огни «газосветных ламп», бледное пламя северного сияния, яркая молния — все это разновидности электрических разрядов в газах.

 

В электрических дугах, в газосветных трубках ток проходит от одного электрода к другому. Электроны движутся к положительному электроду, ионы — к отрицательному.

В северном сиянии или в молнии, сверкающей внутри грозового облака, движение электронов и ионов происходит без всяких электродов: это безэлектродные разряды. Здесь сильное переменное электрическое поле заставляет колебаться — двигаться взад-вперед — заряженные частицы. Чем выше частота перемен электрического поля, тем энергичнее будут двигаться электроны и ионы среди молекул газа тем мощнее будет безэлектродный разряд. Безэлектродные разряды давно известны и в технике. Если приблизить колбу, наполненную разреженным газом, к проводам, к которым приложено высокое напряжение переменного тока, то газ в колбе начнет светиться.

Современные мощные высокочастотные генераторы позволяют получать новые, необычные виды электрических разрядов в газах.

ТРАНСФОРМАТОР С ОГНЕННОЙ ОБМОТКОЙ

Мы привыкли называть электрическим трансформатором устройство, имеющее стальной сердечник, на который насажены катушки из медной проволоки. При высоких частотах выгодно отказаться от сердечника. А вторичной обмоткой высокочастотного трансформатора может служить кольцо из раскаленного газа, например воздуха.

При обычной температуре воздух не проводит электрический ток, является изолятором — таким, как стекло, фарфор. Но под действием высоких температур молекулы разбиваются, появляются свободные электроны и ионы. При высоких температурах все вещества становятся проводниками. Можно сделать, например, трансформатор со «стеклянной обмоткой» — окружить горшок со стеклом катушкой, по которой циркулирует

Кольцевой    безэлектродный разряд, питаемый быстропеременным магнитным потоком. Магнитные силовые линии показаны пунктиром. Для возбуждения разряда газ в баллоне разрежают. Это облегчает пробой. Затем давление можно поднять до атмосферного и выше, разряд будет продолжать гореть.

Факельный высокочастотный разряд. Пунктиром показаны силовые линии быстропеременного электрического поля.

высокочастотный ток. Высокочастотная катушка наводит — индуктирует — ток в стекле, этот ток разогревает стекло и расплавляет его. Чем выше частота тока в катушке, тем более высокое напряжение можно навести в стеклянном «витке», тем больше будут ток и мощностьв стекле.

При частоте тока в несколько миллионов герц в горшок с объемом меньше одного кубического метра можно ввести мощность свыше тысячи киловатт. Такая высокочастотная плавка применяется в промышленности для варки самых чистых, дорогих сортов оптического стекла.

В кольцевом безэлектродном разряде мощность передается раскаленному газу при помощи быстропеременного магнитного потока.  Напряженность магнитного поля принято обозначать латинской буквой «Н». Поэтому безэлектродный кольцевой разряд называют иногда «Н-разряд» (аш-разряд).

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ФАКЕЛ

Обычная электрическая дуга, например сварочная дуга, питаемая от электрической сети обычного переменного тока с частотой 50 герц, может гореть только при малом расстоянии между электродами. Если начать раздвигать электроды, то дуговой электрический разряд потухнет. При высокой же частоте дуга может оторваться от электродов и будет продолжать гореть в виде языка пламени, свободно парящего в воздухе. В это высокочастотное пламя энергия передается быстропеременными электрическими силами, электрическим полем, исходящим из электродов.

Напряженность электрических сил, напряженность электрического поля обозначают буквой «Е». Поэтому дуговой разряд, оторвавшийся от электродов, называют «Е-разряд».

Когда этот разряд одним концом остается прикрепленным к высокочастотному электроду, то он горит очень устойчиво. С конца высокочастотного электрода поднимается огненный столб, который может иметь длину более метра. Этот высокочастотный огонь напоминает собой пламя обыкновенного факела, и поэтому одноэлектродный разряд часто называют факельным разрядом. Такие разряды применяются для различных видов сварки: например, для сваркн стекла.

ПЛАМЯ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ЛУЧЕ

При очень высоких частотах электромагнитную Энергию можно направлять в виде луча. Для этого необходимо только, чтобы размер антенны или зеркала, направляющего поток энергии, был бы больше, чем длина электромагнитной волны. При частоте тока, например, в миллиард герц электромагнитная волна имеет длину 30 см. Если поперечник зеркала, излучающего эту волну, равен нескольким метрам, то «фокус», в котором будет концентрироваться электромагнитная энергия, может отстоять от поверхности зеркала на несколько метров.

Волновой высокочастотный разряд, горящий в фокусе излучателя электромагнитных волн. Пунктиром показаны силовые линии в волне (это могут быть электрические и магнитные линии).

В зоне фокуса может возникнуть мощный безэлектродный разряд. В этой зоне быстропеременные электрические и магнитные поля (Е-поля и Н-поля) тесно переплетены. Безэлектродный разряд, горящий в луче, нельзя называть Е-разрядом или Н-разрядом. Это волновой разряд.

Можно предвидеть много различных интересных применений высокочастотных безэлектродных разрядов. Когда сквозь земную атмосферу с космической скоростью летит какое-либо тело (метеорит, искусственный спутник), то вокруг этого тела образуется атмосфера раскаленного газа — ионная плазма. Для строительства ракет дальнего действия и космических кораблей необходимо знать, как редут себя различные материалы и конструкции под воздействием этой ионной плазмы. Применяя безэлектродные разряды в специальных аэродинамических трубах, можно создать потоки газов, летящие со скоростью, во много раз превышающей скорость звука, и с температурой, значительно более высокой, чем температура поверхности Солнца.

Безэлектродные разряды могут быть применены как мощные источники света. Когда будут созданы еще более мощные и высокочастотные генераторы, можно будет с помощью направленных излучателей создавать «фокус» электромагнитного потока иа расстоянии в несколько километров от самого излучателя; например, высоко в стратосфере. Там можно будет зажечь мощное яркое пламя, которое сможет осветить сразу огромную площадь.

Профессор Г. Бабат, 1957 г.

Читайте также: Физика высоковольтного разряда