ЩО ВМІЄ ПІДВОДНА БЛИСКАВКА
Розповідають, що в кінці 1940-х років минулого століття студент Льова Юткін перечікував грозу на березі озера. Раптово блискавка вдарила в воду, піднявши до неба величезний фонтан, оката юнака з голови до ніг. Дивне явище запам'яталося. Шкільний учитель дав Леве невелику електростатичну машину, і студент не пошкодував декількох років, щоб експериментально відтворити побачене.
Здавалося б все просто: один провід кинути в посудину з водою, інший піднести до її поверхні та покриття рукоятку машини. Але і перша, і сота іскра ніякого ефекту не дали.
А потім вийшло. Невеликий акваріум раптом неголосно розколовся на кілька великих шматків, і вода ринула в кімнату. Цей успіх і визначив подальше життя Юткіна-винахідника.
Під час електричного розряду у воді відбуваються складні процеси. На першій його стадії, що триває мікросекунди, утворюється плазмовий канал з температурою до 40000 ° С. Плазма розширюється зі швидкістю, сумірною зі швидкістю звуку в воді (1410 м / с). Так утворюється перша ударна хвиля і порожнина, наповнена розпеченим паром і газом, яка поступово закінчує своє розширення, потім починає пульсувати і в кінці кінців схлопивается.
Виникає кумулятивний ефект, схожий на той, що використовується в бронебійних снарядах. Що виникає на цій стадії тиск, за оцінками вчених, може досягати 450 тисяч атмосфер. Не дивно, що немає матеріалів, здатних встояти в воді перед електричної іскрою.
Відзначимо, що електричні розряди у воді спостерігали ще в XIX столітті. Але вчені не побачили в них нічого примітного. А Л.А.Юткін виявив багато цікавого. Тому весь коло явищ, пов'язаних з електричним розрядом в воді та інших рідинах, прийнято називати електрогідравлічним ефектом (ЕГЕ), або ефектом Юткіна.
У ЕГЕ до 30-80% електричної енергії переходить в механічну роботу, а тепла часом виділяється значно, в 2-3 рази, більше. Причина - в процесах, що відбуваються в моменти схлопування порожнини. На жаль, ми мало про них знаємо. Основна їх частина відбувається, коли порожнина зменшується до розмірів, не помітних ні в один мікроскоп. До того ж і триває найцікавіший етап схлопування багато менше, ніж мільярдна частка секунди. Проте, брак теоретичних знань не заважає практичного застосування ефекту Юткіна.
Перш за все, це дроблення самих різних матеріалів, починаючи від простого перетворення кам'яних брил в щебінь. Так, при реконструкції одного з мостів в Москві старі бетонні деталі за допомогою електричних розрядів перетворили в крихту, яку пустили на виготовлення нових.
Але є процеси дроблення більш тонкі. На поверхні сталевих деталей, що відливаються в земляну форму, залишається міцно в'ївся в неї шар землі і окалини. Видалення його вкрай складно, якщо не застосовувати ЕГЕ. А якщо їм скористатися, то процес виявляється вкрай простим. Деталі кладуть у ванну, кілька ударів підводного блискавки - і їх поверхня чиста.
Ефект Юткіна дозволяє не тільки трощити, а й бачити. Ось як, наприклад, з його допомогою штампують деталі з металевого листа. Спочатку роблять матрицю - деталь, зворотний за формою тієї, яку хочуть отримати. Її поміщають на дно ванни, зверху міцно притискають лист металу і відкачують з-під нього повітря. Потім зверху наливають воду, і в ній виробляють розряди. Лист металу прогинається і точно заповнює всю поверхню матриці.
Треба сказати, що листове штампування можна виробляти і безліччю інших способів, наприклад, тиском масла або ударом молота по шару гуми. Але тут необхідно застосовувати особливо пластичний і м'який метал, значить, деталь виходить неміцним. Ефект Юткіна дозволяє штампувати деталі з крихких і міцних металів, і деталь виходить дуже міцною.
Здатний ЕГЕ і бурити. Бур Юткіна складається з пластмасового стрижня з електродом всередині і коронки з будь-якого металу, наприклад, міді. І коронка, і стрижень нерухомі, обертається тільки легкий дротяний електрод. Через ще один з каналів в стрижні подається вода. При кожному повороті електрода зубці нерухомою коронки оббігає безліч іскор, що дроблять в пил лежить внизу породу, а вода забирає її на поверхню. І немає порід, які можуть встояти перед таким буром.
Одного разу Л.А.Юткін і Л.А.Гольцова піддали ЕГ-ударам звичайну грунт, продуваючи через неї повітря. Справа в тому, що містяться в ній мінеральні солі надходять до коріння рослин, в основному, з поверхні її часток. Мікромолніі роздрібнили їх, поверхня збільшилася, і велика частина містяться в грунті солей стала доступна коріння рослин. Більш того, що міститься в повітрі азот перейшов в форму хімічних сполук, доступних рослинам. Звичайна земля перетворилася в прекрасне екологічно чисте добриво!
Про ефект Юткіна можна говорити ще довго, але краще його спробувати своїми руками. Головне - джерело високої напруги, здатний створювати різкі, швидко наростаючі імпульси. У промислових установках для цього застосовується високовольтний трансформатор на 30-60 кВ, який через випрямляч заряджає конденсатор. Однак зробити таке джерело живлення дуже важко, та й працювати з ним небезпечно.
Найпростіший спосіб - це вчинити так само, як і сам Юткін: почати досліди з невеликою шкільної електростатичної машиною, яка може дати близько 30000 В. З нею вам доведеться зібрати ланцюг, що складається з двох повітряних розрядників і електродів, укріплених на дні ванни. Але спочатку потрібно привести в повний порядок саму електростатичну машину - розібрати і ретельно очистити від пилу.
Увага! Всі роботи з електричною машиною небезпечні! Їх можна вести тільки в присутності дорослих!
Для нас дуже важливі стоять на її підставці два високовольтних конденсатора типу «лейденська банку». Вони представляють собою склянки, обклеєні фольгою. Їх слід очищати від пилу особливо ретельно, намагаючись при цьому не пошкодити фольгу, яка є обкладанням конденсаторів: пил при високій напрузі непоганий провідник. Замикаючи струм, що виробляється машиною, вона не дозволить набрати високу напругу.
Слід також звернути увагу на маленькі мідні щіточки - струмознімачі. Їх потрібно очистити від темного нальоту окислів. І нарешті, електростатичну машину потрібно добре просушити. Для цього поставте її на добу біля гарячого калорифера. Після цього вона почне так працювати, що ви її не впізнаєте. Іскри будуть великі, дзвінкі і часті. Тепер приступаємо до отримання електрогідравлічного ефекту.
Вам знадобиться ванна з прозорими стінками. Скляний посуд не годиться - він не витримає гідравлічний удар. Краще взяти нижню частину від п'ятилітрової пластикового бутля.
Її слід з'єднати з електростатичного машиною за допомогою високовольтного проводу, на зразок того, що застосовується в системі запалювання автомобіля. Для формування імпульсу необхідно зробити два розрядника. Кожен з них являє собою укріплені на шматку пластмаси кульки діаметром по 15-20 мм. Їх можна знайти серед старих шкільних приладів. Розрядники відрегулюйте так, щоб відстань між кулями дорівнювало 15-20 мм.
На дні ванни зміцните розрядні електроди. Їх роль виконують зачищені кінці високовольтного проводу. Відстань між ними 50-80 мм. Після цього наливаєте в вашу ванну воду - і починайте експерименти.