Pull to refresh

Импульсный электролиз на Google Science Fair

DIY


Как и было обещано организаторами конкурса Google Science Fair, 21 мая объявлены региональные победители.

Планета поделена на три региона:
— Северная и Южная Америка;
— Европа, Ближний Восток и Африка;
— Азиатско-Тихоокеанский регион.
В каждом регионе представлены три возрастные группы:
— 13-14 лет;
— 15-16 лет;
— 17-18 лет.
В каждой группе выбрано по 10 проектов, итого получилось 90 научных трудов.

Через несколько недель организаторы выберут 15 финалистов, которые поедут на финальный розыгрыш в США, где и определятся победители.
Итоговые результаты и проекты победителей можно посмотреть на сайте:
www.google.com/intl/en/events/sciencefair/index.html английская версия.
www.google.com/intl/ru/events/sciencefair/index.html русская версия.
Количество всех участников мне неизвестно, а итоговую таблицу стран победителей я составил со страницы результатов конкурса Google Science Fair.

image

Пятерка лидирующих стран: США, Индия, Сингапур, Испания и Германия.
Интересно то, что можно с легкостью посмотреть проект, написанный на иностранном языке, благодаря встроенному переводчику. Основную идею проекта понять вполне возможно.
Из положительных сторон можно отметить то, что любой ребенок может без проблем принять участие в конкурсе. Необходима только интересная идея и красивый способ ее подачи.
Имеются различные ограничения, о которых необходимо внимательно читать в условиях конкурса. На память: не все страны могут принимать участие, запрещено использование музыки, не должно быть рекламы, и ряд других.

А теперь о грустном…
Россия в таблице отсутствует. Из бывшего СССР представлена только Украина с проектом изучения влияния выхлопных газов автомобилей на экологию крупного города – желаем им успеха!
На youtube видел несколько работ из России. Недостаток конкурса в том, что нет списка всех участников на отборочном этапе (или я не смог его найти).
К чему я это пишу? За конкурсом наблюдал со стороны участника, так как был привлечен в качестве оператора видеокамеры и изготовителя прибора для дочери, которая приняла участие в конкурсе и смогла поджечь воду, исследуя импульсный электролиз воды. К сожалению, не попала в число финалистов.
Наблюдал за ее работой, исследованиями, переживаниями. Работу приходилось делать помимо учебы, поэтому успеваемость в результате немного снизилась…

История с поджиганием воды, исследования, наблюдения, измерения и выводы находятся на сайте с описанием проекта. Пересказывать не буду, желающие могут прочесть, ссылка внизу статьи. Вопросы передам автору работы.
Не знаю, как с точки зрения науки, но для меня результаты опытов дочери показались интересными и поэтому поделюсь своей частью работы, описанием прибора «Импульсный электролизер».
Аппарат можно использовать в школе для безопасного изучения электрогидравлического эффекта, который открыл наш соотечественник Лев Юткин. Его еще называют «Русский Тесла».
И это все о нем:
книги;
биография;
фильм.

У Юткина все круто: молнии, десятки киловольт и миллионы рублей экономии.
У нас все проще:
маленькая ручная плазма
image

огонь из воды


Галактика


Итак.
По заданию подрастающего поколения пришлось в срочном порядке делать аналог сварочного аппарата, на котором впервые было замечено появление огня при касании воды электродом.
В первую очередь стояла проблема безопасности, поэтому решено сделать его с батарейным питанием. Можно использовать трансформатор и бытовую электрическую сеть, но практика подтвердила преимущества автономной работы.
В качестве преобразователя напряжения были использованы детали от моей первой фотовспышки Электроника ФЭ-26 «Данко». Заменил только высоковольтный диод и установил ограничение выходного напряжения, чтобы не щипало сильно.
Генератор импульсов можно было сделать на 555-м таймере, но значительный ток потребления, большое количество обвязки и отсутствие времени на поиски склонили в сторону микроконтроллера. Простенькая программа позволяет легко добиться необходимых параметров импульсов.
Полевой транзистор использовал из закромов. Для качественного управления ключевым транзистором установлена микросхема драйвера.
Как оказалось впоследствии, именно высокая скорость работы ключа способствовала проявлению в опыте электрогидравлического эффекта. В дальнейшем надо дополнительно поработать над динамикой работы ключа.
Много времени ушло на придумывание способа закрепления центрального электрода. Помогла тонкая трубочка, изготовленная из медной фольги. В нее вставляется электрод и фиксируется зубочисткой. Другой электрод для защиты от удара током и короткого замыкания закрыт пластмассовой трубкой с отверстиями.
Верхняя часть корпуса — пшикалка для очистки монитора.
Нижняя — баночка для витаминов с символической надписью на дне «Прометей».
Выключатель смонтирован в нижней части корпуса. Элементом питания является трех-вольтовая батарейка 123А.
image

Дальше уже работа дочки – добывать огонь из воды, замерять, исследовать, делать выводы. Наука, в общем.
Насколько правильно я понял из опытов, у этого способа получения огня есть большой потенциал – уменьшать диаметр электрода и увеличивать напряжение в импульсе. Предел, при котором начинается разрушение электрода, в целях безопасности не исследовался, а увеличение выработки водорода просматривается явно.

Печатная плата не изготавливалась, был выполнен навесной монтаж и детали залиты герметиком. Все видно в начале первого фильма.
Если смотреть фильм на ютубе, то в подробном описании имеется временная шкала, которая позволяет быстро и точно попасть на любой этап опыта.

Мое.
Электрическая схема в формате pdf.
Программа работы формирователя импульсов на языке PBP.

Дочкино.
Сайт с описанием работы.

Фильм 1 «Импульсный электролиз поверхностного слоя воды».


Фильм 2 «Электрогидравлический эффект в морской воде».


Готовьтесь на следующий год!
Всем удачи, и пусть победит сильнейший!

Дополнение к статье.
В процессе обсуждения возникло много вопросов. Помещу ответы в статью, чтобы не искать в комментариях.

Цель написания рассказа:
— обратить внимание на интересный научный конкурс и простоту участия в нем на своем родном языке;
— подтолкнуть людей на участие в следующем конкурсе, он, как я понял, ежегодный;
— подчеркнуть то, что несмотря на огромный размер страны, отличную научную историю, от России в финале не оказалось ни одного проекта;
— показать (на своем примере), что работы все же есть, просто наверняка, в финал попадают самые достойные;
— вспомнить нашего великого ученого Льва Юткина;
— поделиться историей создания импульсного электролизера и рассказать немного про работу, чтобы труды не потерялись на просторах Интернета. Вполне возможно, что это подтолкнет кого-то на исследования в этом направлении или способствует придумыванию чего-то нового.

Оказалась, что работа привлекла большое внимание. Не ожидали такого эффекта от статьи и хороших отзывов. Огромное всем спасибо за поддержку! Было очень приятно.

Для участия в конкурсе необходимо было придумать интересный вопрос и получить на него положительный или отрицательный ответ в ходе проведения эксперимента.
Вопрос – можно ли поджечь море?
Ответ – да!
Опыт получился простым и эффектным. Об этом снят первый фильм. Этим можно было и ограничиться, но…
В результате опыта возникло много интересных наблюдений.
Очень неожиданным стало проявление электрогидравлического эффекта. На его исследование было потрачено много дополнительного времени и родился второй фильм. Все было настолько интересным и увлекательным, что сказалось на учебе. Но наука, как и искусство требует жертв, наверстает еще.
Интересно было фотографировать вспышки. Обычно в подобных фильмах мы видим только видео. Фотографии позволяют исследовать все очень внимательно. Но сделать хорошие кадры при такой небольшой частоте работы и маленьком времени импульса очень затруднительно на коротких выдержках. Процент попадания крайне низок.

В работе был дан общий принцип, начальный этап проявления электрогидравлического эффекта и выработки водорода при импульсном поверхностном электролизе.
В дальнейшем необходимо проводить большой объем работ для исследований и расширения области применения. Это естественно, непосильно для школьника.

Разное.
1. Никто не обратил внимание, что используется тонкий катод, причем чем он тоньше, тем эффективность выделения водорода выше. Нигде до этого тонкий катод в электролизе не применялся. Причем, за время проведения опыта электрод не изменился по длине. Не исследовались очень тонкие электроды. Самый маленький диаметр был только 0,08мм, хотелось меньшего. Есть зависимость, что эффект заработает при более низком напряжении. Важна плотность тока. Электролиз, это дело очень тонкое!
2. В отличии от классического электролиза, в опыте происходит электролиз на поверхности жидкости, что позволяет повысить эффективность процесса.
3. Дано объяснение причины возникновения электрогидравлического эффекта (у Юткина это объяснение несколько иное). При электролизе с огромной скоростью происходит выделение водорода. Дальнейший его взрыв (горение на большой скорости) и является источником возникновения высокого давления.
В случае поверхностного электролиза мы наблюдаем водород в виде огня – ответ на вопрос, заданный в начале исследования. При взрыве выделившегося водорода в толще воды происходит рост давления в результате расширения взрываемой полости.
Ключевым фактором является скорость изменения напряжения на электроде. Чем фронт меньше, тем эффект лучше. Если бы электрод работал от бытовой сети с частотой 50Гц, как делает большинство людей, то ничего бы не получилось.
Замечено же это было случайно, при баловстве со сварочным аппаратом. Затем, благодаря опытам, из этой искорки получилось пламя.
Юткин говорил об общности водных и атмосферных явлений. Поэтому можно сказать, что молния и гром, которые мы наблюдаем в природе являются тем же взрывом, который происходит в опытах. Только в опыте сильно уменьшенная модель, работающая на низком напряжении. При молнии происходит взрыв выделившегося в результате электролиза водорода из молекул воды, находящихся в воздухе.
4. Энергетические характеристики. Никто не говорил, что в работе нарушен закон сохранения энергии. Эффективность импульсного электролиза поверхностного слоя воды по расчетам дочери, Рамиля — так ее зовут, составила 1,05Ватт/литр. Тут можно обсудить, но так было сосчитано.
5. Использование эффекта разнообразно. Это и энергетическое применение и экзотическое.
Пример с шестеренкой показывает возникновение реактивной силы.
Если на космическом корабле заложить несколько капсул с водой, то при ее взрыве получаем реактивную силу. Получился небольшой корректирующий двигатель. С капелькой Рамиля работала, эффект сохраняется и на таких размерах жидкости.
Можно использовать возникающую реактивную силу для приведения в действие морских корабликов. Лично мне это не нравится из-за шума и воздействия на рыбу. При большом уровне она глохнуть начнет.
Возможно сделать музыкальный инструмент на основе этого эффекта, заключив несколько электродов на разной высоте емкости, или сделав несколько емкостей по числу используемых нот — своеобразный Юткинвокс.
Вполне возможно попробовать прибор для очистки подводной части судов от загрязнений.
Прибор будет прекрасно работать в качестве источника короткого импульса в составе эхолота.
6. Использование прибора для исследования кавитации. Пузырьки там выделяются лучше, чем при кипении.
7. Вполне возможно использовать факт образования большого количества пузырьков для уменьшения трения при движении морского судна (подводной лодки) в воде. Если оснастить внешнюю поверхность судна большим количеством электродов-излучателей, то при их работе выделяются пузырьки и трение значительно уменьшится, что позволит сократить затраты энергии на перемещение. В этом случае, единичная мощность каждого излучателя будет достаточно низкой.
8. Очень интересна для исследования зона горения. Водород в центре ядра прогрет до одной температуры, в желтой зоне до другой. Возможно он находится там в разных состояниях. Удивительны очень резкие границы зон, практически без переходов.

Идею с уменьшением трения корпуса судов легко проверить в опыте.
На переднюю часть вращающейся в воде лопасти надо установить один изолированный электрод (аналогичный применяемому во втором фильме). Провод можно подвести вдоль (по) оси вращения.
Второй электрод расположить в воде.
Затем замерить ток, потребляемый двигателем, приводящим лопасть во вращение:
А. При отключенном электролизере.
Б. При включенном электролизере, который создает облако пузырьков перед лопастью.
Если в случае Б потребляемый ток (суммарно с током, потребляемым импульсным электролизером) будет меньше, чем ток в случае А, то значит эффект уменьшения трения имеет место.

Интересным является импульсный электролизер. Тут есть над чем поработать:
— сделать регулировку выходного напряжения, времени импульса и паузы. В работе не было времени, приходилось изменять параметры путем программирования;
— сделать индикацию выходных параметров;
— увеличить напряжение на выходе прибора, испытав его при работе на больших напряжениях. Что-то мне подсказывает, что будет очень интересно;
— добиться более крутых фронтов импульсов, используя современные ключи и драйвер.
Преимуществом конструкции является то, что конденсатор-накопитель, который и является в конечном счете источником энергии, находится в непосредственной близости от электродов, что сокращает потери.
Интересным является использование прибора для исследования электрогидравлического эффекта. Аппарат является простым, дешевым и безопасным. Вполне применим для школ.

В заключении работы был предложен небольшой список направлений (16, если не изменяет память), в которых необходимо продолжить исследования. Интересный результат можно получить в любом из них.
Работа является очень интересной и перспективной.
Фотографию «Галактика» назвали «Вспышка сверхновой». Вполне похоже, мне кажется, все эти явления объединяет работа водорода и говорит об общности явлений.

P.S. Вот подтверждение этих слов. В статье приведена фотография галактики SDSSJ1506+54

image

P.P.S. Дальнейшее развитие импульсного электролизера в статье "Вода горит! А также ЭГЭ и волны-убийцы".

P.P.P.S.
BubaVV, исследуя высекаемые искры, создал спектрометр для определения содержания натрия в воде "Как мы со школьником писали научную работу".
Tags:
Hubs:
Total votes 83: ↑82 and ↓1 +81
Views 33K
Comments 76
Comments Comments 76