Тепло - Холодно

[Fantom]

Дополнительная информация. Эффект проявляется только на пульсирующем напряжении.
То есть выпрямленном но без конденсатора фильтра. При попытке поставить конденсатор разряд переходит в иную фазу. При этом ВВ  блок питания немного погорел... думаю день два и продолжим.

[Will]

Дополнительная информация. Эффект проявляется только на пульсирующем напряжении.
То есть выпрямленном но без конденсатора фильтра. При попытке поставить конденсатор разряд переходит в иную фазу. При этом ВВ  блок питания немного погорел... думаю день два и продолжим.

Много раз сталкивался с подобным явлением, поэтому при монтаже двухтактного преобразователя питание ему идёт напрямую с диодного моста, минуя фильтрующие конденсаторы. Это дает увеличение амплитуды на вторичной съемной обмотке ферромагнитного трансформатора, первичную обмотку которого раскачивает этот пуш-пулл, первичная обмотка - широким шагом, вторичная - бифилярная. Пульсации по питанию увеличивают амплитуду, но напряжение получается на съемной обмотке "статичное" и не участвует в увеличении выходной мощности с вторичной обмотке, это статическое напряжение просто болтается на съеме, амплитудой под 2-3 кВ

[Fantom]

Приветствую !
Итак давайте  опишем систему которую мы увидели на видео.
Система представляет собой топологически симметричную электрическую цепь, состоящую из 3-х секций.
Подчеркнем определение топологически симметричная -
Это значит, что цепь конструктивно имеет ось симметрии, проходящую через центр установки.
То есть элементы цепи находящиеся справа и слева конструктивно полностью идентичны.
Теперь пропустим через такую цепь электрический ток.
Понятно что для этого потребуются наши действия по инициации  канала дуги между концами стержней.  Однако это действие посчитаем само собой разумеющимся.
Финально, о чудо, ток таки пошел через нашу цепь. Именно пошел, а не побежал. Помните от чего зависит та самая скорость электронов? Да да только от силы тока и сечения проводника. Ток у нас маленький - порядок 100мА.   А проводник, хоть и не самый оптимальный по удельной электропроводности, но за счет диаметра в 3мм вполне себе хороший.
Вот идет себе и идет. Топ, Топ. Постойте ка, а какой именно?  Вроде как постоянный. Ан нет... Пульсирующий он знаете ли.
Ежели попытаться на выход БП поставить фильтрующий конденсатор, то попытка поджечь дугу превращается в жуткую канонаду одиночных разрядов емкости через разрядный канал, попутно выжигая все полупроводники в выходных цепях БП, которые не успели схорониться от подобного зверства...   Не получается красивая и плавная дуга в цепи с емкостью, хоть ты тресни.
Итак ток в нашей цепи - пульсирующий. Как позже выясниться, вполне себе треугольной формы с удвоенной частотой коммутации первички ВВ трансформатора в БП, а именно около 30 кГц. Удвоенная частота - потому как выпрямитель построен по схеме полного моста.
Ну значит идут себе электроны по катоду. "Насос" в БП гонит их болезных, как на убой. Не хочешь, а пойдешь.  Доходят неторопливо до края [strike]Земли[/strike] катода и.... дальше, если честно, начинается полный кавардак'с.  С одной стороны по науке, стабильный канал дуги,  для электрического тока  представляет собой нечто вроде резистора. Конечно при изменении напряжения, сразу становится ясно что все не так.  Потому как в этом случае, ток через такой канал  совершенно не подчиняется закону Ома. Но в установившемся режиме - вполне себе сойдет за резистор. Однако внутри творится полный, как я уже говорил, кавардак'с.

В учебниках много чего про дуговой разряд описано. Этакая башня из определений.  Но вот четкой и прозрачной картины как то не наблюдается. По крайней мере мне таковой узреть не удалось.
Прежде всего не нашел определения как делить дуговые разряды. Оно вот ведь как, Михалыч... Разряд сварочный вроде тоже пользует постоянный пульсирующий ток, но светит то, извиняюсь за терминологию не по-децки совсем!  Синяя, такая, злючая дуга.  Свет от нее аж в ультрафиолет уходит глубоко. Дуговой разряд, да не тот. Иль вот лампа дуговая. Коковые, как говорят, улицы освещали аж в 19 веке, и питались первые их образцы, не поверите, от батареек. Больших, но гальванических вполне себе элементов.   Впрочем это совсем иная история - не для данной ветки.
Так вот та осветительная дуга, по характеру ближе к сварочной. Синяя и злючая. Зато светит ну весьма неплохо - до 95 лм/Вт знаете ли. По экономичности близко к светодиодам. Это к вопросу о тех самых батарейках...

Нами же рассматривается совершенно иная дуга. давайте назовем ее  ...  высоковольтный дуговой разряд малой мощности. ВВДРММ....бррр....   ВДМ.     А те, предыдущие две дуги назовем - низковольтный дуговой разряд средней (скромнее надо быть)  мощности - НДС...ой...   ну ладно, тогда пусть будет большой мощности - НДБ. вот.

Итак позволю себе утверждать,  что ВДМ и НДБ представляют собой совершенно разные типы газовых дуговых разрядов.
В данной ветке будем рассматривать только ВДМ.

графическая схема типов проводимости в цепи

[attachment=8697]teplo11.JPG[/attachment]

[свернуть]

уфффф. продолжение следует.

[Fantom]

Приветствую!
Продолжим рассмотрение происходящий процессов в установившемся дуговом разряде типа ВДМ.
Итак электроны доходят до границы металлического катода. Но для того чтобы в цепи тек ток,  необходимо чтобы эти электроны каким то образом добрались до анода. Этот процесс можно разделить на 3 основных этапа:
1) вывод электрона из материала катода в окружающее пространство.
2) транспортировка электрона через газовый разрядный промежуток.
3) ввод электрона из окружающего пространства в материал анода

Для того чтобы электрон покинул материал катода ему нужно сообщить энергию, называемою работой выхода.
Измеряется эта энергия в электрон-вольтах (эВ).    Один электронвольт равен энергии, приобретаемой электроном за счет ускорения при перемещении  между точками электрического поля с разницей потенциалов в 1 В.  1 эВ = 1,6×10−19 Дж.

Вариантов сообщить электронам такую энергию несколько.
1) нагрев до высоких температур  (термоэлектронная эмиссия)
2) воздействие сильного внешнего электрического поля (автоэлектронная эмиссия)
3) освещение поверхности квантами света (фотоэлектронная эмиссия)

Зоны дуги

[attachment=8727]ЗонаДуги1.JPG[/attachment]

[свернуть]

При покидании материала катода, электрон забирает с собой часть его внутренней энергии, равную работе выхода, что по законам термодинамики должно вызывать некоторое понижение его температуры.
Дальнейшая судьба электрона определяется внешними факторами. Если в пространстве между электродами нет электрического или магнитного поля, то вылетевшие из катода   электроны создадут отрицательный объемный заряд у его поверхности, которых станет препятствовать дальнейшему выходу электронов из катода.
Если же в пространстве между электродами присутствует  электрическое поле, как в нашем случае, то электрон начнет разгонятся им двигаясь в сторону анода.  Однако при атмосферном давлении  электроны имеют среднюю длину свободного пробега около 1 мкм (0.001 мм).  Даже разогнанные до близкой к скорости света, электроны могут пройти в воздухе путь не больший чем 100 мкм (0.1мм) .  Такие малые расстояния  обусловлены тем, что в процессе своего движения, электроны сталкиваются с атомами, входящими в состав молекул газов воздуха  (в основном азота N2 и кислорода O2).
При столкновении электроны могут вызвать либо колебательное возбуждение атомов  либо их ионизацию.
Отрицательные ионы образуются путем прилипания "лишнего" электрона к изначально нейтрально атому. После чего ион приобретает отрицательный заряд и становится подвержен дрейфовому воздействию электрического поля.
Положительные ионы образуются когда ударивший по атому электрон, имеет энергию достаточную для отрыва одного из "родных"  электронов атома.  При этом он сам также не присоединяется к атакованному им атому. То есть в результате рождается положительный ион  и два электрона с суммой энергий равной энергии ударяющего электрона минус энергия ионизации атома.  После этого положительный ион также становится подвержен дрейфовому воздействию электрического поля.

Ионизация

[attachment=8726]Ионы.JPG[/attachment]

[свернуть]

Некоторые из  ионов двигаясь в сторону противоположно заряженных электродов, достигают их и разряжаются на их поверхности, превращаясь обратно в нейтральные атомы.  В случае анода - отрицательные ионы отдают "лишний" электрон.  В случае катода положительные ионы забирают электрон из материала  катода, попутно своим полем  уменьшая  необходимую работу для его выхода.  
Процесс нейтрализации ионов и превращения их в нейтральные атомы называют рекомбинаций. При этом рекомбинация положительных ионов сопровождается излучением квантов света, что является одним из факторов обеспечивающим свечение столба дуги.   Также возможно столкновение двух противоположно заряженных ионов, что также приводит к процессу рекомбинации, с  излучением квантов света.

Процесс рекомбинации

[attachment=8728]Рекомбинация.JPG[/attachment]

[свернуть]

Итак мы выяснили что транспортный механизм по переносу тока через канал ионизированного газа дуги достаточно сложен. И электрон, прежде чем переместится с катода на анод, проходят множество циклов присоединения и отрыва от атомов газов.
Это все при том, что вышеприведенные объяснения весьма и весьма упрощены. Для не боящихся взглянуть на детали, в конце поста привожу ссылку на пару монографий по вопросу.

Вопрос выделения теплоты в дуге также достаточно непрост.  С следующем посте мы попытаемся в этом немного разобраться

Продолжение следует.

P.S.  Литература по деталям вопроса

[Will]

небольшое, но...

Электроны проводимости металлов, как правило, передвигаются группами со скоростью дрейфа, равной менее одного миллиметра в секунду, хотя скорость электрических взаимодействий достигает скорости света. (Фотоны, по-видимому, также вовлечены в движение электрической энергии в металлических проводниках).

Известно, что планетарная модель водорода не верна, а классическая квантовая модель слишком абстрактна.

В том же году датский физик Нильс Бор успешно применил квантовую теорию к этой проблеме и создал модель водорода. Бор также открыл метод расчета энергии стационарных состояний атома водорода, с использованием метода Планка позднее, в 1923 году, было признано, что формулировка Бором теории электронного строения атомов должна быть усовершенствована и расширена. Теория Бора не давала правильных значений для энергетических уровней атома гелия или молекулы водорода-ион H2+, или любого другого атома с более чем одним электроном или любой молекулой. В течение двухлетнего периода с 1924 по 1926 год описание Бора электронных орбит в атомах было заменено значительно улучшенным описанием волновой механики, которое все еще используется и кажется удовлетворительным.

[Fantom]

небольшое, но...

цитата

Электроны проводимости металлов, как правило, передвигаются группами со скоростью дрейфа, равной менее одного миллиметра в секунду, хотя скорость электрических взаимодействий достигает скорости света. (Фотоны, по-видимому, также вовлечены в движение электрической энергии в металлических проводниках).

Известно, что планетарная модель водорода не верна, а классическая квантовая модель слишком абстрактна.

В том же году датский физик Нильс Бор успешно применил квантовую теорию к этой проблеме и создал модель водорода. Бор также открыл метод расчета энергии стационарных состояний атома водорода, с использованием метода Планка позднее, в 1923 году, было признано, что формулировка Бором теории электронного строения атомов должна быть усовершенствована и расширена. Теория Бора не давала правильных значений для энергетических уровней атома гелия или молекулы водорода-ион H2+, или любого другого атома с более чем одним электроном или любой молекулой. В течение двухлетнего периода с 1924 по 1926 год описание Бора электронных орбит в атомах было заменено значительно улучшенным описанием волновой механики, которое все еще используется и кажется удовлетворительным.

[свернуть]

Вы затронули ну очень непростую тему.  Противоречий в современной теории "строения материи" хоть отбавляй.  
Мне, например, на данном этапе импонирует модель зарядовых разбалансов А. Гришаева.
Однако подозреваю что мы можем увязнуть в дискуссиях на эту тему и потерять смысл ветки...
С уважением

[Will]

небольшое, но...

цитата

Электроны проводимости металлов, как правило, передвигаются группами со скоростью дрейфа, равной менее одного миллиметра в секунду, хотя скорость электрических взаимодействий достигает скорости света. (Фотоны, по-видимому, также вовлечены в движение электрической энергии в металлических проводниках).

Известно, что планетарная модель водорода не верна, а классическая квантовая модель слишком абстрактна.

В том же году датский физик Нильс Бор успешно применил квантовую теорию к этой проблеме и создал модель водорода. Бор также открыл метод расчета энергии стационарных состояний атома водорода, с использованием метода Планка позднее, в 1923 году, было признано, что формулировка Бором теории электронного строения атомов должна быть усовершенствована и расширена. Теория Бора не давала правильных значений для энергетических уровней атома гелия или молекулы водорода-ион H2+, или любого другого атома с более чем одним электроном или любой молекулой. В течение двухлетнего периода с 1924 по 1926 год описание Бора электронных орбит в атомах было заменено значительно улучшенным описанием волновой механики, которое все еще используется и кажется удовлетворительным.

[свернуть]

Вы затронули ну очень непростую тему.  Противоречий в современной теории "строения материи" хоть отбавляй.  
Мне, например, на данном этапе импонирует модель зарядовых разбалансов А. Гришаева.
Однако подозреваю что мы можем увязнуть в дискуссиях на эту тему и потерять смысл ветки...
С уважением

Просто не хотелось бы чтобы вы погрязли в этих дебрях идя по пути стандартных шаблонов классической физики, так как она заведомо тупиковая.

Рекомендовал бы взглянуть на вопрос образования плазменного канала с точки зрения Авраменко и его трактовок:

Концепция КЭ и глобального ФЭБК получила подтверждение в прямом эксперименте автора, моделирующем сферическую кулоновскую яму вокруг положительного "точечного" заряда, которая может "стягивать" электрон с дополнительной КЭ 3,73кэВ (абсолютный размер ямы в соотношении для КЭ не входит, т.е. яма может быть макроскопической). Для осуществления эксперимента был выбран известный принцип локализации максимальной плотности заряда (и интегрального заряда) на кончике проводящего острия. Вторым требованием к эксперименту является создание силы, действующей на окружающий ФЭБК и "стягивающей" амплитуду его волновой функции в районе острия. Это требование удовлетворяется созданием конвекционного тока ("ионного ветра") с острия, при этом вектор потенциала Ā1, этого поля (в отличие от вектора - потенциала Ā2 магнитного поля) создает силу, направленную к острию и увеличивающую амплитуду ψ-волны конденсата в заданной области. Понятно, что для создания "ионного ветра" напряженность электрического поля вблизи острия должна быть достаточно велика, это обстоятельство в сочетании с заданным потенциалом +3,73 кВ определяет диапазон работоспособных параметров установки.
Какой практический смысл имеет Wкэ? Известно, что при энергии W-Wя возможна генерация электронов в ядерных процессах. Что может наблюдаться в лабораторных условиях при W-Wя? Мы поставили прямые эксперименты в условиях, когда электроны могли набирать (или отдавать) энергию Wя. На острие тонкого проводника поддавался положительный потенциал около значения +3,73кВ, острие располагалось в воздухе, внутри полости второго электрода, размеры которого многократно превышали диаметр острия. Регистрировался ток, протекавший между электродами. И новое открытие: характерные импульсы тока микроразрядов в цепи наблюдалось только в интервале напряжения 3730±. В, и полностью исчезли при больших или меньших напряжениях. Квантовый микроскопический резонанс? Да, зависимость частоты импульсов тока (микроразрядов на острие) от напряжений носит характер типичной резонансно кривой. Данный эксперимент позволил в лабораторных условиях измерить характерную константу взаимодействия для квантовой энергии Wкэ=3,73кэВ. Значительная величина этой константы позволяет объяснить высокое удельное энергосодержание таких объектов, как "энергоемкие плазменные образования", шаровые молнии, взрывы, аналогичные Тунгусскому, и др.
Р.Авраменко "Будущее открывается квантовым ключом". Сборник статей. 2000г.

[Fantom]

Просто не хотелось бы чтобы вы погрязли в этих дебрях идя по пути стандартных шаблонов классической физики, так как она заведомо тупиковая.

Благодрю за заботу. Поверьте противоречий, причем экспериментально демонстрируемых, я могу выдать на гора немало  B)   да и мнений тоже...  И Р.Авраменко я тоже читал. Вот только высказанные мной мнения - это будут мнения дилетанта, ничего кроме дискуссий не приносящие. Посему, за неимением лучшего, базируемся на классике.
Цель ветки иная. Не безрезультатно перемалывать мнения - как все неправильно  в современной физике, а попытаться вычленить конкретные, причем что важно повторяемые, интересносности и посмотреть что можно вывести из их анализа.
С уважением

[Fantom]

Приветствую !
Итак что же собственно способствует выделению тепла при дуговом разряде ?
Вот в металлическом проводнике, как объясняют ученые, свободные так сказать электроны трутся [strike]о земную ось[/strike] об атомы кристаллической решетки металла.  И от этого те самые атомы вроде как начинают резвее колебаться ну и греют значит металл. Вопросов правда по этой модели море. Однако не время еще, иначе завязнем.
То есть как рождается тепло в металле, ученые типа знают. А вот с плазменным каналом дуги все сложнее. Зыбко там все, изменчиво, да и температура плазмы контактным исследованиям не особо способствуют.

Кратко позиция науки такова:
1) Зона анода.  под действием электрического поля к аноду, движутся отрицательно заряженные частицы. таковых в канале дуги два вида - электроны и отрицательные ионы.  Электрон входит в металл анода, при этом передавая ему энергию равную работе выхода. Теоретически может также передаваться часть кинетической энергии электрона как частицы, но при скоростях электронов в канале дуги это весьма небольшая величина. Отрицательный ион это атом с прилипшим лишним электроном. Подходя к аноду он теряет электрон, который  входит в металл анода, при этом передавая ему энергию равную работе выхода. При этом ион становится нейтральным атомом и отдает энергию ионизации.
2) Зона катода. Для нас самое интересное. Под действием электрического поля к аноду, движутся положительно заряженные ионы. Приближаясь к катоду они своим полем облегчают выход электрона из металла катода и получая такой электрон, становятся нейтральными атомами.  При этом с одной стороны металл катода теряет энергию равную работе выхода электрона, а с другой приобретает энергию равную порогу ионизации атома, становящегося нейтральным. Понятно что энергия ионизации много больше работы выхода, например для вольфрама работа выхода электрона составляет 4.3 эВ, а потенциал первого уровня ионизации азота, чьи ионы с высокой вероятностью будут падать на поверхность катода составляет 14.53 эВ.
Также за счет катодного падения потенциала поля, положительный ион может приобретать приличную скорость и при соприкосновении с катодом отдавать тому свою кинетическую энергию.  Если руководствоваться научными данными, то это самая вероятная причина разогрева катода в нашем случае.

3) Зона газового разряда. Тут происходит несколько процессов, при которых выделяется энергия. Думаю на данном этапе мы опустим детальное рассмотрение происходящих там процессов, чтобы не перегружать ветку.

[Fantom]

Пока теории достаточно. Перейдем к экспериментальным данным.
Для начала посмотрим как выглядит точка соприкосновения дугового разряда на аноде и катоде вблизи.

фотографии анода

[attachment=8747]AnodeMacro.jpg[/attachment]

[attachment=8748]AnodeMacroFiltrSize.jpg[/attachment]

Достаточно забавная инфракрасная фотография анода при дуговом разряде.
[attachment=8754]IR_Anode.jpg[/attachment]

[свернуть]

фотографии катода

[attachment=8749]CatodeHotMacro1R.jpg[/attachment]

[attachment=8750]CatodeHotMacroFilterRSize.jpg[/attachment]

[свернуть]

А теперь посмотрим осциллограммы напряжения на разрядном промежутке и тока в цепи разряда (напряжение на резисторе 1 Ом).

[attachment=8753]Shema1.JPG[/attachment]

осциллограммы

[attachment=8751]W1_U_I.jpg[/attachment]
[attachment=8752]W1_U_I_STAT.jpg[/attachment]

[свернуть]

[chiksat]

да действительно почему такое распределения области дуги ...откуда лишка, может это по принципу торнадо, внизу горловина меньше скорость больше, а к верху торнадо расширяется и скорость подает,..
[attachment=8755]1571473288498.jpg[/attachment]
да по сути так и есть, вед по сути идёт вихревое перемещения зарядов с области высокого давления в область низкого давления, а по пути увлекая среду за собой, это как надуть пакет одним выдохом...  вот бы замедленную сёмку дуги посмотреть вращается аль не...
[attachment=8756]5807031720_46bcee04fd_b.jpg[/attachment]
https://www.youtube.com/watch?v=wYlnzjuKp9E

[Fantom]

Теперь попробуем оценить вклад в нагрев стержня теплоты выделяемой в факеле дуги.

Сначала внесем в него тонкий вольфрамовый стержень диаметром 1мм.

фотография пассивного разогрева стержня 1мм

[attachment=8758]Small.jpg[/attachment]

Динамика нагрева.
Красный - зона дуги на катоде.
Синий - самая горячая точка пассивно нагреваемого стержня
[attachment=8784]IRGraph_20191022_131846_SMALL1.jpg[/attachment]

[свернуть]

А теперь внесем такой же стержень как и катод - диаметром 3мм.

фотография, ИК картинка и график нагрева  пассивного разогрева стержня 3мм

[attachment=8757]Same.jpg[/attachment]
[attachment=8759]IR_00091.jpg[/attachment]

Динамика нагрева.
Красный - зона дуги на катоде.
Зеленый - катод немного в стороне от зоны дуги.
Синий - самая горячая точка пассивно нагреваемого стержня

[attachment=8783]IRGraph_20191021_145001_BIG2.jpg[/attachment]

[свернуть]

[Fantom]

Добавил в предыдущий пост  #44984 график динамики пассивного нагрева каналом дуги 1мм и 3мм вольфрамовых стержней.

[Fantom]

А теперь давайте немного усложним опыт.
Сделаем так, что средний стержень (идентичный аноду и катоду) стал бы проводящим мостиком для прохождения сегмента тока в канале дуги.

Вот по такой схеме.
[attachment=8785]teplo2.JPG[/attachment]

Фотографии, ИК снимки, график динамики нагрева

[attachment=8786]W_2.jpg[/attachment]

[attachment=8787]W_21.jpg[/attachment]

[attachment=8788]IR_00094-2.jpg[/attachment]

[attachment=8789]IRGraph_20191022_165336-W2.jpg[/attachment]

[свернуть]

Осциллограммы

желтый луч - потенциал анода относительно катода
синий луч - ток в цепи на резисторе 1 Ом
[attachment=8801]Anode.jpg[/attachment]

желтый луч - потенциал среднего электрода (никуда не подключен)  относительно катода
синий луч - ток в цепи на резисторе 1 Ом
[attachment=8802]Middle.jpg[/attachment]

[свернуть]

[Danunax]

Внутренний стержень греется, напряжение на нём присутствует(500в) по идее там участок с неким сопротивлением через который получаем напряжение на внутреннем стержне, он ведь в момент дуги как кусок проводника, а дальше по цепи ещё и сопротивление, и на нём получаем часть напряжения источника(желтый луч показывает). Средний стержень как бы в некий момент(начала дуги) становится проводником, по нему ударяет дуга, откуда куда становится понятно, если посмотреть разницу по времени между началом тока в ИП, и на концах электродов . Чтобы замерить скорость потока(если он есть), надо средний электрод использовать как общий осциллографа, а жёлтый например на аноде, синий на катоде. Получится что в момент включения питания, произойдёт пробой дуги от одного из электродов ИП, оторвётся то что там движется, полетит, ударится о средний электрод, в этот момент прибор зафиксирует напряжение с одной из полярностей относительно источника, а если дальше полетело чуть позже то синий луч по идее покажет сигнал с опозданием относительно жёлтого. Получается щупы как бы будут разделены во времени, и так можно узнать скорость если она есть :pinch:
Интересно было бы посмотреть место попадания дуги под мощным  микроскопом, а вдруг там чего бегит по поверхности?  :lol:
Ещё бы неплохо разделить поперёк большой пластиной из вольфрама(железа) будет шить в месте дуги? Ну и вопрос напрашивается разместить стержень средний не поперёк, а в длинку с обеих сторон с воздушным промежутком.
Недавно видел картинку в голове, небольшой город, и над ним искусственное солнце, позволяющее жить зимой как летом, так как снег будет таять в его лучах, и это будет дождь вмето снега, а греть будет ик излучением, от горения какого либо водорода в разряде дуги :dry:
Под микроскопом бы под мощным, воо т это да погляжеть поверхность раскалённого металла.