Плазма в пробирке

В данной статье пойдет речь о четвертом состоянии вещества – плазме. Однако прошу заметить, что перед повторением данного изобретения внимательно прочтите предупреждение, указанное ниже.

Отказ от ответственности: если вы собираетесь повторить данное изобретение, примите во внимание следующие риски: для работы устройства используется опасный ток высокого напряжения. Кроме того, конечный продукт может излучать небольшое количество рентгеновских лучей. Я не буду нести ответственность за повреждения собственности или людей при повторении данного учебного материала.

Шаг 1: Что такое плазма?

Цель данной разработки  - не создать урок о физической природе плазмы (я бы и не смог это сделать), а научить вас как ее воспроизводить, хотя у большинства о плазме очень смутные представления.

Мы привыкли к трем состояниям вещества: твердое, жидкое и газообразное. Однако существует еще одно плохо изученное состояние – плазма, которая является наиболее распространенной формой вещества во Вселенной. Поэтому большинство звезд находятся в состоянии плазмы.

В принципе, плазма представляет собой ионизированный газ, который состоит из набора электронов и ионов, но в целом является нейтральным.

Нейтральный газ является диэлектриком (т.е. он не проводит электричество), но если его подвергнуть воздействию сильного электрического поля, при значительно низком давлении, он начинает ионизироваться. Это означает, что его частицы теряют физическое электронное равновесие и начинают проводить электричество.

Молния – это пример плазмы, видимой в земных условиях. И поскольку плазма очень горячая (в молнии плазма достигает температуры 28 000 кельвинов), то она часто используется при промышленной резке.

Фактически, мы должны получить обворожительное сияние света в цветовом диапазоне от розового до синего.

Шаг 2: Используемые материалы

Для данной разработки используются следующие материалы:

1) Несколько толстых и больших пробирок, в моем случае использовалась пробирка длиной 20 см и диаметром 2 см.

2) Корковая пробка, которая герметично закрывает пробирку.

3) Металлическая трубка длиной 7 см и диаметром 0,5 см. Я использовал латунную, но материал не играет роли.

4) Стальной винт с плоской головкой длиной 10 см и диметром 0,5 см. Головка имеет диаметр 1,8 см, поэтому почти совпадает с диаметром пробирки.

5) Изоляционная лента.

6) Эпоксидный клей.

7) Короткий кусочек металлической проволоки.

Шаг 3: Инструменты

Для данной разработки используются следующие инструменты:

1) Сварочная горелка на бутане.

2) Термостойкие перчатки (это важно!)

3) Шлифовальный круг

4) Дрель

5) Плоскогубцы

Шаг 4: Специальное оборудование

Название данного раздела может разрушить все ваши стремления: «Мне понадобится специальное оборудование? Но я отвечу, это будет легко!» Для изготовления устройства вам понадобится:

1) Высоковольтный генератор напряжением 15-25 кВ при токе 50-200 мА.

Я использовал схему на базе ZVS (коммутация при нулевом напряжения), которая управляет трансформатором строчной развертки. Вы можете построить свой собственный генератор, благодаря сноскам, указанным ниже:
- www.instructables.com/id/ZVS-Driver/
- www.instructables.com/id/2n3055-flyback-transformer-driver-for-beginners/

Генератор очень легко изготовить, но можно купить готовый на аукционе ebay по цене 25$, если вы не очень хорошо умеете паять. Также можно использовать трансформатор от неоновой вывески.

2) Вакуумный насос.

Вакуумные насосы очень дорогие, поэтому я использовал старый компрессор от холодильника. Я просто прикрепил толстую ПВХ трубку к всасывающему концу и это реально работает.

Шаг 5: Что мы собираемся построить?

Мы собираемся построить цилиндрическую вакуумную камеру с двумя электродами. После создания вакуума, разреженный воздух будет оставаться в камере. При создании сильной разности электрических потенциалов между двумя электродами, газы внутри будут переходить в состояние плазмы.

На фото указана подробная информация.

На последнем шаге вы можете просмотреть видеоролик работы устройства!

Шаг 6: Изготовление катода

Винт будет использоваться в качестве катода, но сначала необходимо выполнить некоторые модификации:

- Заострите конец винта, используя шлифовальный круг. Это позволит более легко сделать сквозное отверстие через стекло.

- Если винт имеете гальваническое покрытие, тогда удалите цинковое покрытие с головки. При достижении высокой температуры возможно отслаивание чешуек с винта и загрязнение вакуумной камеры.

Шаг 7: Изготовление анода

Анодный блок будет выступать в качестве приспособления для вакуумного насоса. Вы должны:

- Просверлить отверстие в корковой пробке, немного меньше, чем диаметр латунной трубки.

- Протолкнуть латунную трубку через пробку, оставив как минимум 5 см трубки во внутреннем конце.

- Обернуть проволоку вокруг внешнего конца трубки, оставив пару сантиметров спереди.

Шаг 8: Установка катода

Теперь начинается самое интересное: вы должны придать катоду шаровидную форму в задней части пробирки, оставив непокрытую часть винта для присоединения к генератору. Это звучит сложно, но я обнаружил, что обработка стекла не такая уж и сложная задача. Вы должны сделать следующее:

1) Наденьте защитные перчатки.

2) Разогрейте сварочной горелкой заднюю часть пробирки, чтобы стекло размягчилось. Это удобно выполнять, поворачивая пробирку непрерывно над пламенем под углом 30°, как показано на фото. Стекло размягчится, когда пламя горелки по цвету станет из оранжевого синим, а само стекло также станет оранжевым по цвету. Использование несколько горелок значительно облегчают данный процесс обработки.

3) Протолкните винт через размягченное стекло изнутри пробирки. Это создаст форму стеклянного выступа.

4) Разломайте кончик выступа, когда винт будет проходить через него.

5) Нагрейте стеклянный выступ, и дайте стеклу сплющится на винте.

6) Загерметизируйте стеклянный выступ напротив винта, сжав размягченное стекло с помощью плоскогубцев.

На фото указана подробная информация.

Шаг 9: Герметизация катода

Результат предыдущего шага может быть неудовлетворительным. Для проверки просто подуйте в пробирку.

Если вы почувствуете утечку воздуха в зоне винта, тогда вы должны загерметизировать это место с помощью эпоксидного клея или обернуть изоляционной лентой. Лучше использовать именно ленту, поскольку при создании вакуума она деформируется, заполняя место утечки.

Шаг 10: Сборка и настройка

Пришло время для настройки устройства:

1) Соберите камеру. Если вы все сделали правильно, тогда расстояние между электродами должно составлять 12 см.

2) Расположите камеру в горизонтальном положении. Для этого, изготовьте подставку из фанеры. Также можно использовать картон.

3) Подсоедините вакуумный насос к аноду.

4) Подключите высоковольтный генератор к электродам.

5) Запустите вакуумный насос.

Устройство готово к показу!

Шаг 11: Видео работы устройства

После создания вакуума просто запустите генератор. На ваших глазах появится яркий поток плазмы.

Отклонение потока: так как плазма чувствительна к магнитным полям, то возможно отклонить поток с помощью сильного магнита (как показано на фото).

Поскольку плазма сильно горячая, не рекомендуется включать устройство больше, чем на 30-40 секунд.

Я надеюсь, что вам понравилось данное устройство, и вы узнали для себя много полезного!

Оригинал статьи

Теги:

• Перевод
• Высокое напряжение