Покоренная плазма
- Автор: Борис Фомин
- Жанр: Физика / Детская образовательная литература
- Дата выхода: 1964
Читать книгу "Покоренная плазма"
В плену у коронного разряда
В счетчике элементарных частиц «впряжен» в работу коронный разряд. Этот разряд на неуловимо малую долю секунды возникает вокруг тонкой нити — анода.
Почему именно вокруг тонкого проводника — нити — возникает коронный разряд, а на другом электроде — цилиндре — разряда нет?
Ответить на этот вопрос нетрудно.
Коронный разряд возникает тогда, когда коронирующий электрод либо заострен, либо имеет радиус кривизны значительно меньший, чем расстояние между электродами. В счетчике Гейгера — Мюллера это условие выполнено: диаметр нити-электрода измеряется миллиметрами, а расстояние от нити до внутренней стенки цилиндра — сантиметрами. Электрическое поле вокруг тонкой проволочки-электрода сильно искажено. Именно здесь, в этом переплетении электрических силовых линий, и происходит возбуждение молекул газа, именно здесь возникают ионы.
За пределами светящегося венчика — короны ионизации газа нет, там движутся только ионы, которые образовались в пламени короны. Они-то и создают в разрядном промежутке ток, регистрируемый чувствительным радиоустройством.
Таким образом, разница между коронным разрядом и, например, тлеющим налицо: в коронном разряде ток создают только тяжелые, положительные частицы — ионы, в тлеющем имеется два встречных потока заряженных частиц — ионов и электронов.
Особенности коронного разряда хорошо удалось использовать в технике. На коронный разряд возложили, например, обязанности… трубочиста.
Многие из читателей знают, какие неудобства приносят жителям дымящиеся трубы фабрик и заводов. Сажа, частички золы и топлива загрязняют воздух, вредят здоровью людей.
Государство не жалеет средств, чтобы сделать воздух городов и рабочих поселков чистым, здоровым. Устанавливаются дорогостоящие аппараты, которые не должны выпускать из фабричных труб сажу, копоть, золу. Типов таких установок сконструировано немало, среди них имеются и коронные «трубочисты».
К фабричной или заводской трубе приставлен длинный железный короб — разрядная камера. Вдоль оси короба натянуто несколько тонких проволочек. Короб подключен к плюсу, а проволочки — к минусу источника высокого напряжения. Когда этот источник включен, возникает коронный разряд на проволочках, хотя они, в отличие от счетчика Гейгера — Мюллера, соединены не с плюсом, а с минусом.
Такое изменение подключения электродов сделано не случайно.
Когда по трубе пойдет горячий воздух из топки с миллионами частичек сажи, золы, несгоревшего топлива, то между проволочками и стенками короба могут проскакивать искры. Ведь напряжение между ними равно десяткам тысяч вольт! Если проволочка соединена с отрицательным полюсом, а короб с положительным, искры не возникают. Коронный же разряд зажигается и делает нужную работу.
Вы знаете, что в коронном разряде, в плазме, окружающей коронирующий электрод, возникает много ионов. В счетчике Гейгера — Мюллера это были положительно заряженные ионы, здесь же, в электрофильтре, рождаются отрицательные ионы. Около каждой проволоки-электрода ежесекундно возникают целые полчища электронов. Эти электроны «прилипают» к нейтральным молекулам воздуха и превращают их в отрицательные ионы.
Силы электрического поля неудержимо влекут их к противоположному полюсу.
Ионы движутся к стенкам короба, чтобы отдать там свой заряд.
Но в пространстве между металлической проволокой и стенками короба густой толпой мчатся частицы сажи, золы, несгоревшего топлива. Они хотят вырваться из трубы наружу. Однако это им не удается. Отрицательные ионы «садятся» на эти пылинки и берут их «в плен».
Хотя ионы — карлики в сравнении с «огромными» частицами сажи или золы, но они оказываются прекрасными буксирами. Невидимые малютки-ионы дружно «везут» к стенкам железного короба все, что выбрасывает топка фабрики. Стенки камеры электрофильтра покрываются слоем сажи и золы. Чтобы сбросить эту добычу ионов в бункер, по коробу периодически постукивает молоточек, приводимый в движение крохотным электромотором.
Оборудованная таким электрофильтром труба не дымит и не загрязняет воздух.
На химических заводах электрофильтры помогают улавливать из воздуха крупинки ценных металлов и другие химические продукты и снова пускать их в производство. Раньше эти продукты просто улетали в трубу. На некоторых цементных заводах электрофильтры не дают улететь в трубу цементной пыли.
На этом же принципе работает еще одно интересное устройство — электросепаратор.
Многие из вас, наверно, видели молочный сепаратор — небольшую машину, которая отделяет сливки от обрата. Без нее не обходится ни один маслозавод.
В молочном сепараторе электромотором или вручную массу молока заставляют вращаться. Центробежные силы отбрасывают обрат к стенкам, а сливки, как более легкая часть молока, собираются в середине, ближе к центру сепаратора. По трубочке они вытекают наружу, обрат же выливается через другую трубочку.
Часто бывает нужно рассортировать по сортам и твердые измельченные материалы. Например, в металлургическом производстве. Сильные машины истирают в порошок какую-либо руду. Есть в этой пыли и частицы самых различных размеров и веса. Их нужно разделить — крупные пылинки поместить в один бункер, средние в другой, а самые мелкие — в третий. Делается это для того, чтобы потом легче было выделить полезные вещества.
Способов сортировки придумано немало. У нас в стране этой цели заставили служить и коронный разряд, с которым вы уже знакомы.
На рисунке показан разрез электросепаратора.
Коронирующие провода расположены один над другим в горизонтальной плоскости. Рядом с ними вращается большой металлический барабан. Измельченную породу загружают в бункер, и она попадает между проводами и барабаном. Ионы-буксиры подхватывают частицы этой пыли и влекут их к барабану.
Наиболее крупные пылинки, соприкоснувшись с барабаном, быстро отдают ему свой заряд и тотчас отскакивают и попадают в приемный бункер. Более мелкие частицы держатся на вращающемся барабане дольше и затем попадают в соседний бункер. Самые мелкие пылинки так плотно пристают к гладкой поверхности барабана, что готовы вращаться с ним сколько угодно. Но их насильно разлучают с барабаном. Это делает специальная щетка, расположенная над третьим бункером.
Как видите, плазма помогла просто и надежно рассортировать крупинки вещества по их размерам. Для более точного разделения сыпучих материалов на практике часто применяется несколько ступеней такой сортировки.