Ионный ветер
Ионный ветер , ионный ветер , коронный ветер или электрический ветер — это воздушный поток заряженных частиц, индуцированный электростатическими силами, связанными с коронным разрядом, возникающим на кончиках некоторых острых проводников (таких как острия или лезвия), подвергающихся высокому напряжению относительно земли. Ионный ветер – это электрогидродинамическое явление. Ионные ветрогенераторы также можно считать электрогидродинамическими двигателями .
Термин «ионный ветер» считается неправильным из-за ошибочного представления о том, что в этом явлении в основном участвуют только положительные и отрицательные ионы. Исследование 2018 года показало, что электроны играют большую роль, чем отрицательные ионы, в период отрицательного напряжения. В результате термин «электрический ветер» был предложен как более точная терминология. [1]
Это явление теперь используется в самолете ионного ветра MIT , первом твердотельном самолете, разработанном в 2018 году.
История
[ редактировать ]Б. Вильсон в 1750 г. [2] продемонстрировал силу отдачи, связанную с тем же коронным разрядом, а предшественником ионного двигателя была вертушка коронного разряда. [3] Коронный разряд от свободно вращающегося рычага-вертушки с загнутыми в острые концы концами. [4] [5] придает воздуху объемный заряд, который отталкивает точку, поскольку полярность у точки и воздуха одинакова. [6] [7]
Фрэнсис Хоксби , хранитель инструментов Лондонского королевского общества , сделал самое раннее сообщение об электрическом ветре в 1709 году. [8] Майрон Робинсон завершил обширную библиографию и обзор литературы во время возрождения интереса к этому явлению в 1950-х годах. [9]
В 2018 году исследователи из Южной Кореи и Словении использовали шлирен-фотографию, чтобы экспериментально определить, что электроны и ионы играют важную роль в генерации ионного ветра. Исследование было первым, которое предоставило прямые доказательства того, что электрогидродинамическая сила, ответственная за ионный ветер, вызвана сопротивлением заряженных частиц, которое возникает, когда электроны и ионы отталкивают нейтральные частицы.
В 2018 году группа исследователей Массачусетского технологического института построила и успешно управляла первым в мире прототипом самолета, приводимым в движение ионным ветром, MIT EAD Airframe Version 2 . [10]
Механизм
[ редактировать ]Чистые электрические заряды на проводниках, включая локальные распределения заряда, связанные с диполями, полностью находятся на их внешней поверхности (см. клетку Фарадея ) и имеют тенденцию концентрироваться больше вокруг острых точек и краев, чем на плоских поверхностях. Это означает, что электрическое поле, создаваемое зарядами на острой проводящей точке, намного сильнее, чем поле, создаваемое тем же зарядом, находящимся на большой гладкой сферической проводящей оболочке. Когда эта напряженность электрического поля превышает так называемый градиент начального напряжения коронного разряда (CIV), оно ионизирует воздух вокруг наконечника, и небольшую слабую фиолетовую струю плазмы в темноте на проводящем наконечнике можно увидеть . Ионизация близлежащей молекулы воздуха приводит к генерации n ионизированных молекул воздуха, имеющих ту же полярность, что и у заряженного наконечника. В дальнейшем острие отталкивает облако одноименных ионов, которое тут же расширяется за счет отталкивания между самими ионами. Это отталкивание ионов создает электрический «ветер», исходящий от наконечника, обычно сопровождаемый шипящим шумом из-за изменения давления воздуха на наконечнике. На наконечник действует противоположная сила, которая может отскочить, если не плотно прилегать к земле.
Безлопастной ионный ветрогенератор выполняет обратную функцию, используя окружающий ветер для перемещения ионов, которые собираются и производят электрическую энергию.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Зыга, Лиза (7 февраля 2018 г.). «Что вызывает ионный ветер?» . Физика.орг . Проверено 27 августа 2018 г.
- ^ Гурдин, MC (1968). « ОТДЕЛ ТЕХНИКИ : ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭЛЕКТРОГАЗДИНАМИКИ» . Труды Нью-Йоркской академии наук . 30 (6 серия II): 804–814. дои : 10.1111/j.2164-0947.1968.tb02524.x .
- ^ Демо 41-06 Вертушка - Видеоэнциклопедия физических демонстраций, заархивировано 16 апреля 2014 г. в Wayback Machine.
- ^ Электростатическая вертушка: Ван де Грааф заставляет вертушку вращаться - Демонстрации лекций - Физика Калифорнийского университета в Беркли
- ^ Развлечения со статическим электричеством, округ Эллиотт, 4H - Science Fun, Inc. - Алан Кюнер (в отставке), Брукхейвенская национальная лаборатория
- ^ Электростатическая вертушка - Демонстрационная резервация Университета Индианы
- ^ Электростатическая вертушка, Европа, конец 19 века - Баккен - Библиотека и музей живого электричества. Архивировано 16 апреля 2014 г. в Wayback Machine.
- ^ Робинсон, М. (1962, май). История электрического ветра. Американский журнал физики , 30 (5), 366–372.
- ^ Робинсон, М. (1960, 8 июня). Движение воздуха в электрическом ветре коронного разряда. (AD0262830)
- ^ Чу, Дженнифер (21 ноября 2018 г.). «Инженеры MIT управляют первым в мире самолетом без движущихся частей» . Новости МТИ . Проверено 21 ноября 2018 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Человек, который овладел гравитацией» (биография Таунсенда Брауна) Пола Шацкина; 2023 Неисправимые искусства, ISBN 978-0-9762000-3-1
- Плазменный двигатель в космосе