Многим хорошо известна, а кто-то просто слышал, о таком интересном устройстве, как «Люстра Чижевского», или электроэффлювиальная люстра, автором которой принято считать Александра Леонидовича Чижевского.
Ввиду широкого кругозора, изобретательского подхода и постоянного обучения в течение всей жизни, трудно сказать конкретно, кем же он являлся — биологом, инженером или кем-то ещё… А именно такие межинституциональные люди и создают прорывы…
Является несомненным тот факт, что его изобретение получило международное признание и вошло в широкий обиход, являясь известным и по сей день.
▍ Введение
В описании ниже рассматривается высокое напряжение, что может быть опасным для жизни. Автор статьи ни к чему не призывает и ничего не гарантирует, вся информация статьи даётся исключительно в познавательных целях.
В своих исследованиях Чижевский доказал влияние атмосферного электричества на здоровье живых организмов, а именно, что содержание в воздухе отрицательно заряженных ионов является важным в обеспечении жизненных процессов.
В ходе своих экспериментов он провёл исследования, которые показали, что в стерильном отфильтрованном воздухе помещений происходит заболевание живых организмов, что подвигло его к разработкам устройства, позволяющего насыщать помещения отрицательно заряженными ионами. Результатом этих исследований явилось целое направление, носящее название аэроионификации.
Аппараты, позволяющие получать аэроионы, устроены достаточно просто, являются недорогими и не потребляют много энергии, что позволяет применять их практически везде без существенной нагрузки на электросеть.
Кроме того, им было установлено, что насыщение воздуха заряженными ионами приводит к осаждению из него пылевых загрязнений, а также микроорганизмов, что очищает воздух.
Конечно, он не был первым, когда отмечал особые свойства природного воздуха открытых пространств, например, ещё Гиппократ писал об этом, говоря о воздухе, что у всех живых существ имеется, помимо непосредственного дыхания, «ещё какая-то связь с ним».
Поэтому с тех времён известны так называемые аэрарии — открытые площадки для дыхания свежим воздухом, на которых целенаправленно собирались больные (что, в принципе, претерпело не сильные изменения и по наше время, когда больные дышат свежим воздухом, находясь на курортах, далёких от городов).
А в конце XIX века учёные С. Лемстрем и О. Принстрем, используя искусственную ионификацию, воздействовали на растения, что привело к повышению урожайности и увеличению прорастания семян.
Для проведения своих опытов они использовали следующую конструкцию: натянули над растениями металлическую сетку, в пересечениях которой были металлические острия, направленные в сторону растений, а сама сетка была соединена с электростатической машиной.
Результатом опытов явилось то, что интенсивность роста растений увеличилась приблизительно на 45%, а также было выявлено, что отрицательные ионы воздействуют благоприятнее, чем положительные, а также и то, что электризация наносит вред при высокой температуре воздуха.
В принципе, если задуматься, в этом (чувствительность живых организмов к электризации) нет ничего удивительного, так как в течение большого периода истории человечества живые организмы развивались именно в условиях открытой среды, где ионизация воздуха является неотъемлемым спутником и естественным фоном, например, воздух в лесу содержит до 1500 отрицательных аэроионов на
и существенно возрастает в местности около водопадов, около моря, во время прибоя, где концентрация может достигать уже 100 000 аэроионов на .При этом нельзя сказать, что воздух заряжен только отрицательными частицами, он имеет также и положительно заряженные ионы (их концентрация растёт в городах), которые негативно влияют на здоровье, так как было доказано, что они ухудшают газообмен в лёгких.
Когда свежий воздух проникает в помещение через форточку или окно, он теряет до половины своих отрицательно заряженных аэроионов, и оставшаяся часть их прилипает к интерьеру и также уничтожается.
В Советском Союзе в 1931 году была организована специальная лаборатория по ионификации (ЦНИЛИ), в исследованиях в рамках которой приняли участие порядка 50 учёных, а также к проведению её исследований был подключён ряд больниц и клиник.
По результатам её опытов было установлено, что аэроионы действительно проникают через органы дыхания и воздействуют на кровь (изменяя её физико-химические свойства), а также через неё и на все остальные органы, благоприятно сказываясь на общем здоровье: приводят к облегчению или излечению болезней носоглотки, сердечно-сосудистой системы и т. д.
Говоря о наличии аэроионов в воздухе, в условиях природной среды, учёные отмечали, что в тех местах, где есть большое количество растений с существенной площадью листьев, происходит значительное испарение воды, которая, в свою очередь, по большей части берётся из почвы, содержа в себе природную радиацию. В процессе своего испарения, пары воды, попадая в воздух, усиливают ионизацию последнего за счёт своей естественной радиации.
Автору этой статьи приходилось лично слышать в одной из обзорных телепередач, где выступали различные учёные из природоохранных структур, что радиация окружает нас, причём некоторые её источники являются достаточно неожиданными для рядового обывателя.
Например, вы знали, что при горении костра, так как происходит выброс в воздух большого количества газообразных продуктов сгорания древесины, в этом месте локально повышается радиация? Правда, величина её достаточно мала…
Кстати говоря, именно по этой причине во время лесных пожаров наблюдается скачкообразное повышение радиоактивного фона в этой местности (выброс в воздух продуктов сгорания древесины с накопленной природной радиоактивностью).
К слову, радиация служит не только делу естественной ионизации воздуха — современные учёные считают, что она (а именно, космическая радиация) занимает и неотъемлемое место в процессе зарождения и развития грозовых облаков и, соответственно, играет важную роль в круговороте воды в природе.
▍ Принцип действия
Для того чтобы получить описанные выше аэроионы, необходимо, чтобы в воздухе присутствовали в достаточном количестве свободные электроны.
Электроны имеются у атомов разных веществ, независимо от их состояния, твёрдого, жидкого или газообразного и обладают отрицательным зарядом.
У атома имеются также и положительные заряды, однако в обычном состоянии они достаточно прочно связаны с самим атомом и их не так-то просто оторвать. В противовес им электроны достаточно легко отрываются в определённых условиях.
Согласно физике электронной проводимости, в металлах всегда существует достаточно большое количество свободных электронов, которые в обычном состоянии находятся беспорядочно-тепловом состоянии движения, а при появлении электрического поля вызывают появление знакомого всем явления — электрического тока.
Одним из интересных способов отрыва электронов от металла является физическое воздействие. Например, известно, что если металлический предмет (например, тонкую проволоку) быстро раскрутить и потом резко остановить, то электроны, ввиду обладания определённой массой и, соответственно, инерцией, преодолеют поверхностную разность потенциалов и вылетят из металла. Такие эксперименты проводились и производились замеры с помощью гальванометра, подтверждающие этот факт.
Способов организации электронной эмиссии может быть множество, например, нагрев, или даже отрыв обыкновенного скотча в условиях вакуумной среды.
Однако в практических целях нас интересует другой вариант. Известно, что отрыв электронов от металла существенно облегчается, если физическая форма металла является остроконечной, при этом радиус острия должен быть как можно более небольшим. Это связано с тем, что чем более остроконечной является форма, тем больший градиент напряжённости электрического поля ему соответствует. Для начала электронной эмиссии необходимо, чтобы напряжённость поля была не менее
В/см. При этом надо оговориться, что остроконечная форма не обязательно подразумевает иглообразность — это может быть и протяжённая форма, например, лезвие.Так как существующие методы обработки металла всё равно не являются идеальными, то поверхность такого острия также не является идеальной геометрической точкой, а содержит определённые области, на которых напряжённость электрического поля может достигать указанных значений (шероховатости, царапины и т. д.).
Кстати говоря, наверняка имеет значение и тип самого материала, так как размеры атомов его кристаллической решётки определяют то, до какого предела можно «заполировать» металл — об этом более подробно можно прочитать вот здесь.
Таким образом, наверное, можно, подбирая материал, добиться большей электронной эмиссии у одних металлов по сравнению с другими (грубо говоря, их атомы кристаллической решётки более выпирают за пределы поверхности ввиду своего физического размера и образуют больше точек возникновения высокой напряжённости электрического поля).
Так как по сути атомы, находящиеся в узлах кристаллической решётки, представляют собой «минимально возможный радиус кривизны острия», если можно так сказать, у конкретного металла и меньше этого физически не получить! Довольно любопытный вопрос, который ещё ждёт своего исследователя и пришёл в голову автору этой статьи в процессе её написания, и должного освещения этого момента ещё нигде не приходилось видеть…
Таким образом, как можно было видеть выше, для осуществления процесса эмиссии электронов необходимы достаточно острые участки металла, а также достаточная напряжённость электрического поля.
При совпадении этих двух факторов возникает явление стекания электрических зарядов с острия (так называемое явление «эффлювии», по-другому, стекания), возникает ударная ионизация, вызывающая, в свою очередь, электронные лавины, распространяющиеся далеко за пределы острия.
Электроны, попадая в воздух, присоединяются к молекуле воздуха, которая в результате превращается в так называемый отрицательный аэроион.
Для облегчения процесса отрыва электронов и увеличения напряжения электрического поля мы можем приложить к металлическому острию высокое напряжение, используя для этого соответствующий генератор.
▍ Установка для получения аэроионов
Согласно работам Чижевского, установка для генерации аэроионов состоит из генератора высокого напряжения, электроэффлювиальной люстры, коммутационных элементов, аппаратуры защиты (защита от короткого замыкания, а также высокоомное сопротивление на выходе, через которое люстра подключается к генератору высокого напряжения, чтобы не убила при касании), ряда других элементов (измерительная аппаратура, разнообразная сигнализация и т. д.).
Ввиду давности лет, схемы из трудов Чижевского содержат устаревшие элементы (например, применяются электронные лампы для выпрямления переменного тока), которые в наше время могут быть легко заменены полупроводниковыми деталями, поэтому предметное рассмотрение оригинальной электронной схемы, наверное, не имеет практического смысла.
Из всех её элементов, возможно, стоит ознакомиться с конструкцией самой люстры, так как, по большому счёту, несмотря на прошедшие годы, она не особо поменялась и с различными вариациями применяется и по сей день:
Если сконцентрироваться на главном, то подобная люстра содержит в своей конструкции сетку, в узлах которой впаяны иглы. Сетка служит для доведения питающего напряжения до игл, а иглы, в свою очередь, для истечения зарядов в воздух.
Кроме того, любопытный момент, что люстра расположена на довольно значительном расстоянии (510 мм) от потолка, укреплённая на высоковольтном изоляторе.
Так как у автора этой статьи тоже есть примерно подобная люстра, соответственно, накопился и некоторый опыт её эксплуатации. И как представляется, такое далёкое расстояние от люстры до потолка выбрано не случайно, так как, по собственному опыту, если расположить её ближе, то, так как она осаждает из воздуха любые загрязнители, через достаточно короткое время, измеряющееся степенью загрязнённости воздуха, вокруг люстры образуется чёрное пятно осадка, которое невозможно смыть (например, на потолке, или на стене, если люстра укреплена впритык к ним), так как ионизированные загрязнители очень хорошо прилипают к окружающей обстановке и этот момент нужно учитывать при её монтаже…
Кстати, говоря о люстре, которая есть у автора: она носит название Элион-132:
«Люстра» в этом своём варианте выполнена в виде зонта, где на пластиковых спицах расположены иглы, а напряжение к ним подводится по металлизированным дорожкам, по внешнему виду — облуженным, составляющим единое целое с пластиковыми спицами (видимо, сделано примерно так же, как к стеклотекстолиту приклеена медная фольга для дорожек):
Во время работы из каждой иглы ощутимо дует ветер, причём система работает импульсно, а дуновение ветра настолько существенное, что спицы раскачиваются от отдачи и ветер легко ощущается рукой, при этом слышно достаточно громкое шипение:
Согласно найденному описанию, так как родной паспорт устройства не сохранился, мы можем узнать, что питается люстра от высоковольтного источника с сетевым питанием 220 вольт, выдающего напряжение в 30 кв, потребляет порядка 15 Вт и предназначена для ионизации комнат площадью около 20 м². Ряд других её характеристик, при наличии интереса, вы можете прочитать по ссылке выше.
Найти схему именно этой люстры не удалось, удалось найти для аналогичного устройства, но так как принцип их работы одинаков, то эту схему можно вполне считать годящейся и для люстры типа зонт:
Как мы можем видеть по схеме выше, по большому счёту, её можно разделить на три существенных элемента:
- блок электроники для питания строчного трансформатора,
- непосредственно сам строчный трансформатор (насколько я понимаю, носит у некоторых авторов такое название, так как раньше использовался в телевизорах с электронно-лучевой трубкой, в высоковольтном блоке питания строчной развёртки),
- а также умножитель напряжения на диодах.
Особо следует отметить тот момент, что как мы можем видеть на схеме, на выходе из умножителя перед входом в люстру установлено большое сопротивление на 47 мегаом. Помирать-то неохота (при касании), поэтому ограничиваем ток…
Что касается умножителя на диодах, то их применяют с целью избавиться от громоздкого повышающего трансформатора, к тому же, при таких размерах вносящего риски пробоя между витками.
Умножители более защищены от этого момента, так как обычно выполняются в пластиковом корпусе и залиты компаундом.
Таким образом, при выборе подобного схемотехнического решения результатом является достаточно компактное устройство, тем не менее, способное генерировать достаточно высокие напряжения.
Умножители можно купить в готовом виде (например, за достаточно скромные деньги, " у дедушек", от старых телевизоров) или собрать самостоятельно. Полагаю, что подобные же умножители можно найти и в старых электронно-лучевых мониторах от компьютеров. Но вот этот последний момент не могу точно утверждать, так как сам такие мониторы не разбирал, в отличие от телевизоров.
UPD.: Тут мне подсказывают, что «в телевизоре используется высокое напряжение положительной полярности, а для ионизатора нужно отрицательное». Соответственно, если кого то заинтересует возможность получения отрицательного напряжения, то делается это примерно так.
Тут следует отметить, что работа с высовольтным напряжением в целом, а выходящим после умножителя особенно, является опасным делом и легко может привести к непоправимым результатам. Так что помните, что высокое напряжение — это не шутки!
Итак, со всем этим знанием попробуем разобрать блок питания и посмотреть, что у него внутри.
Внешне с лицевой стороны он выглядит вот так:
А с тыльной вот так:
Попробуем разобрать этот блок и посмотреть, что же у него внутри… Ну, собственно, что и следовало ожидать — здесь, по большому счёту, мы видим все те же три элемента: плату питания строчного трансформатора, сам трансформатор, а также умножитель — в белом пластиковом кейсе:
После разборки этого блока и обозрения внутренности у автора статьи зародились смутные подозрения, что всё это что-то неуловимо напоминает…
И стало понятно, что много лет назад автору доводилось собирать достаточно простой высоковольтный источник для самодельного устройства порошковой окраски. Это была достаточно известная схема так называемого блокинг-генератора на одном транзисторе, к которому подключался строчный трансформатор, а также известный вам умножитель на диодах.
Выглядело это всё внешне зело страшно, так как в те далёкие годы автор ещё не отличался аккуратностью сборки :-) Тем не менее, всё как-то работало, а это главное… Схема была примерно следующая:
ИсточникА здесь есть подробное описание сборки.
А вот мой ужасный ужос 15-летней давности на транзисторе 2N3055, с питанием от 12 вольт (но рабочий вполне! :-) ) И ниже его схема:
Схема c cайта
Об этом я уже писал тут: «Блок питания должен обеспечить не менее 5 ампер тока. Обмотка 1 содержит 2 витка, обмотка 2 — 5 витков. В качестве обмоток подойдёт даже многожильный провод. Выводы HV! HV! — это провода от телевизионного строчника (белый цилиндрик на феррите). Я дополнительно на эти провода повесил ещё вот этот умножитель (синяя коробочка). И если до этого искра была скромненькая, то после этого стала реально страшная (по звуку и размеру).
Правильно собранная схема начинает работать сразу. Если не работает, надо поменять местами выводы обмотки 1. И токоограничивающий резистор надо повесить ещё на выходной высоковольтный провод.»
Ещё одну подобную схему с подробным описанием сборки, можно найти вот здесь.
По идее, подобные схемы могут послужить основой для сборки своего высоковольтного генератора Люстры Чижевского. Однако эти схемы в настоящем своём исполнении никак не оснащены средствами защиты — и следует как минимум ограничить силу тока, идущего на люстру и подумать над другими средствами защиты, а также более подробно поизучать информацию на эту тему — жизнь-то одна…
Если же кто-то захочет собрать нечто подобное, то может пойти и более простым путём: например, я некоторое время назад заказал на известном китайском сайте набор для самостоятельной сборки высоковольтного источника (правда, не для получения высоких напряжений, а в качестве электроподжига для одной самоделки). Стоил что-то порядка 200 руб и выглядел вот так:
Как можно видеть, в его составе есть как минимум два рассмотренных выше компонента, а сам он, судя по всему, представляет как раз блокинг-генератор — на транзисторе и высоковольтном трансформаторе, залитый компаундом (чёрного цвета квадратный блочок). Возможно, внутри него есть ещё и диодная сборка умножителя, но не уверен, слишком уж всё маленькое, скорее всего, просто трансформатор.
Эта штука даёт весьма жирную и горячую дугу (которая легко поджигает горючие материалы, собственно говоря, она так и позиционируется, как сборка для самодельных зажигающих устройств), а если контакты разнести на некоторое расстояние, порядка 2-3 см, то видно также весьма жирный и ярко-голубой коронный разряд и начинает дико пахнуть озоном.
Правда, как я убедился, при работе порядка 10 секунд сильно начинает греться транзистор. Надо бы попробовать повесить на него радиатор и посмотреть, что будет… Возможно, и вытянет система долгую работу…
А кому даже собирать лень, там же есть, насколько я понимаю, подобные же сборки, только уже готовые, выглядящие как чёрный цилиндрик несколько больше размером, чем аккумулятор формата 18650:
Правда, ввиду цельнозалитого корпуса, имеются подозрения, что будут проблемы с перегревом при долговременной работе. Но для работы в кратковременно-периодическом режиме может и сгодится.
▍ Ионолёты
Разговор про люстру Чижевского нельзя считать полным, если не упомянуть такой её интересный эффект, как ионная тяга. Выше я уже говорил, что при работе моей люстры наблюдается довольно существенная тяга воздуха, дующего из кончиков игл.
Этот эффект известен давно, и ещё в середине прошлого века учёные и изобретатели пытались найти способ сделать на основе этого эффекта летательный аппарат.
Принцип действия такого аппарата основан на следующем: есть два контакта, и один из них — достаточно большой площади (обычно делается в виде пластины из фольги); и маленький контакт, — выполнен в виде проволоки, натянутой на некотором расстоянии от первого контакта (в качестве вариации может применяться ещё и дополнительное навешивание на проволочный контакт отдельных проволочек, направленных остриями в сторону большого — выглядит что-то типа «колючей проволоки»).
Оба контакта подключаются к источнику высокого напряжения, при этом возникает коронный разряд, и заряды, стекающие с тонкого контакта, устремляются в сторону большого контакта, захватывая окружающий воздух, а сама установка по сути представляет собой летающий асимметричный конденсатор, и изменяя напряжение питания, можно добиваться изменения тяги.
Многие из читателей, наверное, видели и читали о любительских экспериментах с левитирующими рамками из фольги:
Долгое время эксперименты с ионолётами так и оставались экспериментами с тончайшими рамками, подобными той, которая показана выше.
Только проблема подобных систем всё та же самая — нужен мощный компактный источник энергии.
С появлением и распространением источников энергии на литиевых аккумуляторах (хотя и они недостаточны, но всё же) начали уже появляться и достаточно интересные стартапы, продуктом которых являются летательные аппараты на ионной тяге, и ни где-нибудь в космосе (как известные ионные двигатели искусственных спутников), а прямо в атмосфере Земли:
Как мы видим, всё вполне себе работает и летает. Понятно, что грузоподъёмность оставляет желать лучшего (данных конкретно по этому аппарату не нашёл, а было бы интересно), но простота устройства, а соответственно, и надёжность привлекают все новых и новых исследователей.
Насколько можно судить, показанные выше исследователи со своими экспериментами в 2021 году превзошли по силе тяги своего аппарата эксперимент с летающим на ионном ветре самолётом от MIT, который был проведён 5 лет назад:
А как показывает эксперимент ниже, некоторые делают даже достаточно интересные ионные «турбины» без каких-либо движущихся частей, которые при мощности порядка 90 Вт могут развивать силу ветра в 4 м/с:
Таким образом, подытоживая, можно сказать, что работа с высоковольтным напряжением и сопутствующими ему эффектами сулит много интересных выгод в области новых технических устройств, а также возможностей по улучшению здоровья. Только нужно помнить, что электрик, как и сапёр, «ошибается один раз», и нужно быть чрезвычайно осторожным.
Скидки, итоги розыгрышей и новости о спутнике RUVDS — в нашем Telegram-канале 🚀
