Как сделать плазму в домашних условиях?

Плазменная горелка своими руками + генератор холодной плазмы и драйвер ZVS

Главная страница » Плазменная горелка своими руками + генератор холодной плазмы и драйвер ZVS

Плазма представляет одно из четырёх базовых состояний материи, помимо существующих состояний – твёрдого, жидкого, газообразного. Структурной формой плазмы выступают волокна, пучки, а также двойные слои пучков по причине влияния электромагнитного поля. Плазма не имеет определенной формы и объёма, если не содержится в контейнере. Холодная плазма атмосферного давления (ХАП или Cold Atmospheric Plasma) отличается возможностью генерации и высвобождения струи при атмосферном давлении. Рассмотрим, как может быть сделана плазменная горелка своими руками на драйвере ZVS.

Плазма атмосферного давления — как получить холодную плазму?

Плазменная горелка атмосферного давления предполагает использование диэлектрического барьерного разряда, плазменной иглы и плазменного грифеля. Всё это потребуется в качестве инструментов получения холодной атмосферной плазмы (ХАП). Благодаря способности ХАП работать при атмосферном давлении, холодная плазма активно применяется для нужд биомедицинской инженерии:

• предотвращения образования биоплёнки,
• подавления роста микробов,
• отбеливания зубов,
• стерилизации стоматологических инструментов,
• индуктора ликвидации клеток,
• изготовления биочипов и т.д.

Вполне допустимо изготовить плазменную горелку своими руками, применяя распространённую схемотехнику. Для генерации плазмы, однако, требуется высокий энергетический потенциал.

Генерация плазмы струйным способом под атмосферным давлением возможна парой высоковольтных электродов (анод, катод). Анодный проводник пропускается сквозь трубку плазменной горелки, выполненную из кварцевого стекла. Катод в виде пластины размещается под выходным соплом трубки.

Плазменная горелка своими руками – структурная схема: 1 – источник питания 12В постоянного тока; 2 – электронная схема ZVS драйвера; 3 – трансформатор ударного возбуждения; 4 – анод в трубку плазменной горелки; 5 – катод; 6 – газ аргон в баллоне

Через трубку из кварцевого стекла на плазменную горелку предполагается подача газовой среды различного типа:

• гелия,
• азота,
• аргона,
• кислорода,
• воздуха.

По мере заряда газов высокой энергией, физические и химические реакции приводят к выделению:

• электронов,
• ультрафиолетовых фотонов,
• заряженных частиц,
• химически активных окислителей,
• озона.

Для работы плазменной горелки при относительно низких температурах (менее 40°C) требуется формировать сильное электромагнитное поле.

Плазменная горелка своими руками + электронная схема

Существует несколько различных электрических схем, по которым изготавливается плазменная горелка своими руками. Посредством схемы реализуется генерация высокого напряжения порядка 7-10 кВ.

Одной из первых составленных электронных схем на плазменную горелку считается схема генератора Маркса (Erwin Otto Marx / 1924 год). Схема генерирует импульс высокого напряжения, но работает от источника постоянного тока низкого напряжения.

Принцип, заложенный в основу этой конструкции плазменной горелки, предусматривает заряд нескольких параллельно включаемых конденсаторов, с последующим последовательным разрядом каждого.

Учитывая, что постоянное напряжение представляет эхо-сигнал на той же длине волны, конденсаторы заряжаются до максимального потенциала и через разряд выдают накопленную энергию.

Фрагмент конструкции домашней (лабораторной) сборки своими руками: 1 – блок питания; 2 – ZVS драйвер; 3 – трансформатор ударного возбуждения (строчный от ТВ); 4 – катодная пластина; 5 – проводник анода

Другой классический генератор высокого напряжения под плазменную горелку — схема полумостового резонансного инвертора напряжения, разработанного Питером Баксандаллом (Peter Baxandall).

Здесь используется базовая схема LCR, с подключением к средней точке катушки Тесла. Так осуществляется подача питания к нагрузке последовательной цепи с элементами LR, включенными параллельно.

Эта конфигурация для плазменной горелки также имеет схему собственной резонансной частоты, управляющей прямоугольной формой волны. Таким способом получают синусоидальный ток, протекающий через катушку Тесла. Образуется низкое сопротивление потерь, следовательно, высокий коэффициент качества плазменной горелки.

Нелинейный управляемый высокочастотный инвертор также пригоден для индукции плазмы. Параллельный резонансный инвертор состоит из переключателей на транзисторах MOSFET, подключенных к выходному паразитному конденсатору и трансформатору для питания плазменного реактора.

С аналогичной концепцией переключения, инверторная плазменная горелка своими руками выстраивается на основе трансформатора ударного возбуждения, драйвера ZVS и резонатора Тесла.

Устройством реализуется возбуждение плазмы, разряжаемой через диэлектрический барьер. В этой схеме для плазменной горелки генератор фазовой автоподстройки частоты генерирует прямоугольный тактовый сигнал.

Схема широтно-импульсной модуляции функционирует как генератор волн для управления временем переключения импульсов транзисторов. Генерация струи плазменной горелки, получаемой от источника низкого постоянного напряжения при номинальном токе 3А и резонансного инвертора, описывается ниже.

Здесь используется схема переключения при нулевом напряжении (ZVS эффект), разработанная итальянским инженером Vladimiro Mazzilli (Владимиро Маццилли).

Драйвер ZVS, спроектированный итальянским инженером, по сути, является генератором Ройера, только несколько доработанным. Такая схема для плазменной горелки своими руками обеспечивает стабильную генерацию высокого напряжения в диапазоне 20 — 40 кВ.

Драйвер ZVS — саморезонансный двухтактный несинхронизированный генератор

Драйвер ZVS по схеме Маццилли фактически представляет саморезонансный двухтактный несинхронизированный генератор. Генерацию высокого напряжения плазменной горелки даёт трансформатор ударного возбуждения. Выход схемы ZVS согласован с таким трансформатором, чем обеспечивается повышение напряжения до рабочего уровня.

Чередующиеся импульсы генерируют достаточный потенциал для подачи энергии плазменной горелке через пару электродов для формирования струи плазмы при продувке газообразным аргоном.

Электронная схема ZVS драйвера (схема Маззилли), используемого под формирование холодной плазмы под атмосферным давлением на горелке, собранной своими руками

Формирующий драйвер ZVS, собранный по схеме Маццилли, состоит из двух частей (картинка выше). Первая часть — схема переключения на двух полевых МОП-транзисторах (IRFP260) и стабилитроне.

Транзисторами повышается входное напряжение 12 вольт постоянного тока 3А до высокочастотных синусоидальных сигналов, которыми приводится в действие трансформатор ударного возбуждения.

Напряжение переключения, включающее / выключающее полевой МОП-транзистор, собирается на конденсаторе ёмкостью 0,66 мкФ * 1200 вольт постоянного тока, и на катушке индуктивности 200 мкГн. Оба компонента включены параллельно первичной обмотке трансформатора ударного возбуждения.

После подачи питания ток течёт через оба стока полевых МОП-транзисторов. Один из полевых МОП-транзисторов включается быстрее другого и потребляет больше тока. Такое условие приводит к выключению второго полевого МОП-транзистора. Отмечается синусоидальный рост и спад напряжения.

Когда транзистор Q1 включается, напряжение на стоке транзистора Q1 устремляется на заземлю. Одновременно напряжение на истоке транзистора Q2 поднимается до пика и спадает в течение одного полупериода контура LC. Когда напряжение источника на транзисторе Q2 падает до нуля, ток затвора транзистора Q1 также падает до нуля.

В результате полупроводник Q1 отключается. Такая ситуация вызывает повышение напряжения стока транзистора Q1 и включение полупроводника Q2. МОП-транзисторы переключаются при наименьшей наведённой мощности. Аналогичный процесс повторяется для второй половины цикла.

С целью снижения потребления генератором больших пиковых токов и защиты от разрушения, катушка L1 подключается последовательно с источником питания и работает как дроссель, смягчая всплески тока.

Резистором R1 ограничивается ток, способный повредить полевой МОП-транзистор. Резистор R3 снижает напряжение смещением на землю. Стабилитроны регулируют напряжение на уровне 18 вольт. Диоды D1 и D2 ограничивают напряжение затвора.

Как подключить плазменную горелку своими руками?

Плюсовой провод вторичной обмотки трансформатора ударного возбуждения, передающий потенциал напряжения до 24,5 кВ, подключается к аноду плазменной горелки. Анод сделан в виде медного стержня, вставляемого внутрь шланга для прокачки газа аргона.

Прокачка газа (в данном случае — аргон) рассчитывается под расход около 50 л/мин. Заземляющий провод трансформатора ударного возбуждения подключается к пластине катода на фиксированном расстоянии от кромки сопла плазменной горелки.

При помощи информации: DOI

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Сайт про изобретения своими руками

МозгоЧины

Сайт про изобретения своими руками

Как самостоятельно сделать плазменный шар в домашних условиях: подробная инструкция

Как самостоятельно сделать плазменный шар в домашних условиях: подробная инструкция

Плазменный шар тесла – это очень красивый и интересный прибор. Поглазеть на то, как молния направляется в сторону ваших пальцев – достаточно зрелищное и красивое занятие. Но приобретать электрический световой сосуд в магазине – это чересчур дорогое удовольствие. К тому же, скорее всего, играть с данным устройством дети не будут в течение очень долгого времени. В этой статье мы решили рассказать вам о том, как вы одним выстрелом можете убить двух зайцев. Ниже мы делимся информацией по тому, как вы можете сделать плазменный шар своими руками буквально за несколько минут.

Особенности строения плазменного шара

Светильник плазменный шар состоит буквально из трех элементов: внешней стеклянной колбы светильника тесла, электрода (находится внутри ионного сосуда с молниями) и блока, который генерирует высокое напряжение внутри электрической световой сферы.

Но есть одна важная особенность, которую содержит в себе световой сосуд с молниями. Заключается она вот в чем: светильник плазменный шар содержит внутри стеклянной колбы разряженный инертный газ. Этот фактор обязательно нужно учитывать, когда будете делать ионная сфера тесла у себя дома.

Еще одна особенность строения плазменного прибора тесла заключается в том, что в ней нет никаких нитей накаливания. Это значит, что даже самодельный электрический световой сосуд прослужит достаточно долго.

Принцип работы

Работает электрическая ионная сфера следующим образом: так как плазменный шар тесла содержит внутри себя электроды, то когда блок генерации напряжения, они принимают всю его силу на себя и запускают процесс, который называется «Ионизация газа».

Если говорить простыми словами, то ионизация внутри светильника плазменного шара просто-напросто делает газ электропроводным.

Во время этой реакции, внутри лампы зарождается плазма.

Особенности эксплуатации ионной сферы тесла

Есть несколько важных особенностей, которые нужно учитывать при использовании электрического ионного сосуда:

• во-первых, постарайтесь не размещать рядом с ним электрические приборы;
• во-вторых, все контакты должны быть заизолированы;
• в-третьих, старайтесь не трогать одновременно шар с молниями и заземленные металлические предметы.

Варианты внешнего вида электрического плазменного шара

Как правило, электрический ионный шар имеет одинаковый внешний вид: стеклянная колба и блок-генератор напряжения. Но, в зависимости от того, какой газ находится в ионной сфере тесла, молния в лампе приобретает различные цвета: розовый, фиолетовый, зеленый и так далее.

Необходимый материал для изготовления светильника плазменного шара

Мы предлагаем самый простой способ изготовить плазменный шар тесла дома.

Чтобы сделать электрическую световую сферу дома, вам понадобятся следующие материалы:

• лампа накаливания;
• строчный трансформатор (его можно очень дешево купить на радиорынке или достать из старого телевизора);
• энергосберегающая лампа (ее диоды будем использовать для генерации молнии в электрической световой сфере);
• провод с вилкой, для включения в розетку.

Как сделать плазменный шар тесла своими руками

Чтобы в домашних условиях изготовить электрический плазменный шар, вам следует соединить между собой плату от энергосберегающей лампы, и к ней же припаять контакты трансформатора.

Плазменная тесла сфера почти готова.

Осталось подключить лампу накаливания к присоске от строчного трансформатора и все: электрическая ионная сфера в ваших руках.

Как сделать плазму в домашних условиях?

При современном росте потребления энергии человечеству ненадолго хватит запасов угля, нефти, газа, урана — всего лишь на 100—200 лет. Вот почему ученые с таким энтузиазмом работают над новыми источниками энергии — управляемыми реакциями ядерного синтеза .

В одном литре воды содержится столько же энергии, сколько выделится при сжигании 400 л нефти. Но как добыть из воды это море энергии? Ученые отвечают: «c помощью реакции термоядерного синтеза».

В отличие от процесса ядерного деления, где энергия освобождается в результате расщепления тяжелых ядер на легкие осколки, при термоядерном синтезе происходит слияние легких ядер в более тяжелые. При этом выделяется огромное количество тепла. Реакции синтеза являются источником энергии в солнце и звездах.

Для практических целей наибольший интерес представляют реакции синтеза, которые могут быть осуществлены в смеси дейтерия с тритием или в чистом дейтерии, встречающемся непосредственно в природе в виде тяжелой воды в морях и океанах.

В генераторе, работающем на принципе термоядерного синтеза, необходимо нагреть дейтерий до температуры 300—400 млн. градусов, а смесь трития с дейтерием — до температуры 40—50 млн. градусов. Только при такой высокой температуре и достаточной плотности (10 15 частиц в 1 см 3 ) слияние ядер изотопов водорода будет происходить с интенсивностью, при которой выделившаяся энергия будет больше затраченной.

При высокой температуре дейтерий полностью разделен на положительно заряженные ионы и электроны, как говорят, ионизирован. Такое состояние вещества получило название высокотемпературной плазмы. Отдельные частицы плазмы движутся с огромными скоростями, превышающими 1 000 км/сек, оказывая большое давление на стенки сосуда. Только магнитное поле, силовые линии которого подобны упругим резиновым шнурам, способно противостоять давлению плазмы. Поэтому подбор конфигурации магнитного поля, изолирующего плазму от стенок, стал другой важной задачей при создании термоядерного генератора.

Раньше других были начаты исследования метода, основанного на так называемом пинч-эффекте, то есть сжатии газа под действием протекающего по нему тока. Такой метод казался наиболее простым и перспективным (см. «ЮТ» № 11 за 1958 г.).

Представим себе цилиндрическую камеру, в которую с торцов введены электроды. Если газ немного откачать из камеры, а на электроды подать высокое напряжение, то произойдет пробой, в газе потечет сильный ток. Газ ионизируется, образуя плазму, которая под действием собственного магнитного поля тока начнет стягиваться к оси камеры. Однако плазма, созданная в таком устройстве, каждый раз соприкасалась с электродами и охлаждалась. Тогда прямую трубку свернули в тор (см. вкладку II — III). Разреженный газ тора превратился во вторичную обмотку трансформатора. Когда в первичной обмотке пропускается ток большой силы, во вторичной обмотке возникает электродвижущая сила, вызывающая ток в газе. Плазма греется подобно металлу в индукционной печи, а магнитное поле тока плазмы стягивает ее в кольцо и изолирует от стенок.

Казалось, принципиальных осложнений нет: плазму можно создать, нагреть и термоизолировать. Но в первых же экспериментах плазма показала свой неспокойный характер. Из-за быстро развивающихся процессов неустойчивостей, получивших название «перетяжек» и «змей» (см. вкладку), она уходила с оси тора и касалась стенок камеры.

Именно неустойчивость плазмы стала камнем преткновения на пути к океану термоядерной энергии.

Причину ее возникновения можно объяснить следующим образом. Силовые линии магнитного поля тока можно представить как набор растянутых эластичных колечек, которые, во-первых, стремятся сократиться в диаметре и, во-вторых, расталкивают друг друга в продольном направлении. Сокращение колечек приводит к образованию перетяжек, а их взаимное расталкивание действует на шнур с током, как изгиб на сжатую пружину, которая, как известно, становится неустойчивой к изгибу.

Из рисунка на вкладке следует, что если в шнуре случайно возникает изгиб, то плотность силовых линий с внутренней стороны становится больше, чем снаружи. Изображенные стрелками магнитные силы стремятся увеличить изгиб еще больше.

Плазма дома.
Каждый раз, когда говорят о плазме, поражает космический масштаб затронутой темы. Космические корабли с плазменными двигателями, океан плазменной энергии — вот области применения четвертого состояния вещества.

Ее получение и использование связывают обычно со сложными. хитроумными устройствами. Все это может создать впечатление, что само плазменное состояние есть нечто уникальное. стоящее на грани возможного

А между тем плазма присутствует в наших квартирах и приспособление, в котором она образуется, можно приобрести в любом универмаге. Речь идет о газосветных и люминесцентных лампах — как их называют, лампах дневного света.

свечение газосветной лампы вызывается электрическим разрядом, постоянно пробивающим ее сильно разреженную газовую атмосферу. Атомы газа, возбужденные разрядом, теряют часть своих электронов — так внутри трубки возникает смесь ионов и электронов, — другими словами, плазма.

Итак, чтобы получить плазму в домашних условиях, достаточно щелкнуть выключателем вашей лампы дневного света.

Исследования показали, что эти неустойчивости можно в значительной степени устранить, если стенки тора сделать из металла. Еще лучше действует ток, пропускаемый по обмоткам, навитым на камеру тора. Создаваемое при этом дополнительное магнитное поле, силовые линии которого параллельны стенкам тора, препятствуют возникновению нестабильностей. Если происходит перетяжка или изгиб шнура, то силовые линии дополнительного магнитного поля, подобно натянутым струнам, стремятся вернуться в прежнее положение и выпрямить шнур.

Свойство стабилизации плазменного шнура металлическим кожухом и дополнительным магнитным полем использовано в установке «Токомак», построенной в Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова.

Сейчас исследуется возможность получения горячей плазмы в установках, называемых магнитными ловушками — ловушками с «магнитными пробками».

Такая ловушка обычно представляет собой прямую цилиндрическую камеру, из которой откачан воздух. На камеру надвинуты катушки, по которым течет электрический ток, создающий магнитное поле. Токовые обмотки сделаны так, что магнитное поле, слабое в центральной части, значительно возрастает к торцам трубы.

Торцовые участки поля и играют роль отражателей частиц — магнитных «пробок», или, как их еще называют, магнитных «зеркал». Внутри камеры создают плазму, частицы которой, двигаясь вдоль силовой линии из области слабого поля в область торца, испытывают действие силы, стремящейся отбросить их обратно.

На рисунке схематически изображен метод нагрева плазмы нарастающим магнитным полем.

Этот принцип используется в установке «Огра» — гигантской ловушке, построенной в Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова. Диаметр камеры «Огры» 1 м 40 см, длина — 20 м. Силовые линии магнитного поля, в центральной области почти параллельные стенкам камеры, образуют магнитные «пробки» на торцах трубы. Внутрь ловушки с помощью инжектора впрыскиваются молекулярные ионы водорода (или дейтерия), предварительно разогнанные в специальном ускорителе. Попав в ловушку, молекулярный ион начинает двигаться по винтовой траектории к магнитной «пробке», отражается от нее, идет к другой магнитной «пробке», снова отражается и так долго колеблется в центральной области, пока снова не вернется к инжектору и не погибнет на его оболочке. Но на своем пути молекулярный ион может столкнуться с молекулами газа или с другими ионами. При этом он разваливается на нейтральный атом и атомарный ион. Нейтральный атом не испытывает воздействия магнитного поля и улетает на стенку камеры, а атомарный ион, вращаясь по спирали малого радиуса, захватывается в ловушку. Если инжекцию вести непрерывно, то можно накопить много атомарных ионов и создать высокотемпературную плазму.

Так же как и в тороидальных установках, плазма неспокойна и здесь. Она старается просочитъся сквозь силовые линии магнитного поля и уйти к стенкам вследствие «желобковой», или, как еще ее называют, «языковой» неустойчивости. Возник-

новение языковой неустойчивости плазмы связано с формой самого магнитного поля — ловушки. Напряженность магнитного поля нарастает в продольном направлении в обе стороны от центральной области, а в радиальном направлении поле спадает. Просачивание плазмы сквозь силовые линии магнитного поля происходит значительно легче по направлению ослабления поля. При этом образование «языков» связано с тем, что на поверхности плазмы происходит разделение зарядов. Электроны оказываются смещенными относительно ионов. Возникающее при этом электрическое поле заставляет частицы плазмы двигаться поперек силовых линии магнитного поля. Небольшой «язык» быстро растет, и плазма достигает стенки камеры. Поверхность плазмы может одновременно породить несколько таких «языков».

Но раз известна болезнь, то можно думать и о лекарстве. Вытекание плазмы значительно ослабляется, если и по радиусу поле сделать также нарастающим. Этого можно добиться, если вдоль камеры, на ее поверхности, поместить металлические стержни и пропускать по ним электрический ток. Известно, что магнитное поле тока растет при приближении к проводнику. Благодаря комбинации магнитного поля стержней с полем самой ловушки можно получить нарастание магнитного поля вдоль радиуса. Экспериментально показано, что в ловушке с такой конфигурацией магнитного поля образование «языков» на поверхности плазмы сильно затруднено и плазма удерживается более надежно.

Так, шаг за шагом, создаются все более сложные конфигурации магнитных полей, все труднее и труднее ручейкам плазмы расплескивать свою энергию на пути к человеку.

Н . БРЕВНОВ, научный сотрудник Института атомной энергии имени И . В. Курчатова

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

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!

Как сделать плазму в домашних условиях?

I. Основная часть.

1.1. История открытия плазмы. Стр.4

1.2. Понятие плазмы. Стр.5

1.3. Что такое пылевая плазма? Стр.6-7

1.4.Плазменный кристалл Стр.8-9

II. Экспериментальная часть.

Получение низкотемпературной плазмы в домашних условиях. Стр. 10-11

Заключение. Стр. 12

Список литературы. Стр.13

Введение.

Плазма — самое распространенное состояние вещества в природе: по оценкам, в этом состоянии находится примерно 95% обычной материи во Вселенной. Звезды — это сгустки плазмы, ионизованного газа с температурой в десятки и сотни миллионов градусов. Свойства плазмы составляют основу современных технологий, область применения которых обширна.

Данной исследовательской работой я занялся, потому что меня заинтересовало еще малоизученное в современном мире четвертое состояние вещества – плазма. Увлекло явление, обнаруженное недавно в низкотемпературной плазме, — образование «плазменного кристалла», то есть пространственно-упорядоченной структуры из мелкодисперсных частиц — плазменной пыли.

Цель моего исследования: получение низкотемпературной плазмы путем эксперимента, знакомство с плазменно-полевыми кристаллами.

Задачи:

Расширить знания о «плазме».

Получить низкотемпературную плазму в домашних условиях.

Узнать сферы применения плазмы.

Провести анализ, полученных сведений из различных источников и экспериментальных данных.

Актуальность данной работы в том, что в последнее время физика плазмы — активно развивающаяся область науки, в которой по сей день совершаются удивительные открытия, наблюдаются необычные явления, требующие понимания и объяснения. Открытия в этой сфере позволят улучшить качество жизни человека: организовать переработку отходов; производство альтернативной энергии; производство микросхем; увеличение прочности металлов; изобретение новых плазменных двигателей; победить вредные микробы; улучшить качество цветных изображений в плазменных панелях; объяснить эволюцию Вселенной и т. д..

II. Основная часть

Работа с источниками информации.

1.1. История открытия плазмы

Четвертое состояние материи было открыто У. Круксом (рис. 1) в 1879 году и названо «плазмой» И. Ленгмюром (рис. 2) в 1928 году возможно из-за ассоциаций с четвертым состоянием вещества (плазмы) с плазмой крови.

Рис.1. У. Кругсон Рис. 2. И. Ленгмюр

И. Ленгмюр писал: «Исключая пространство около электродов, где обнаруживается небольшое количество электронов, ионизированный газ содержит электроны и ионы практически в одинаковых количествах, в результате чего суммарный заряд системы очень мал. Мы используем термин «плазма», что бы описать эту в целом электрически нейтральную область, состоящую из ионов и электронов». [1].

1.2. Понятие плазмы

Плазма — частично или полностью ионизованный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Важнейшей особенностью плазмы является ее квазинейтральность, это означает, что объемные плотности положительных и отрицательных заряженных частиц, из которых она образована, оказываются почти одинаковыми.

Газ переходит в состояние плазмы, если некоторые из составляющих его атомов (молекул) по какой-либо причине лишились одного или нескольких электронов, т.е. превратились в положительные ионы. В некоторых случаях в плазме в результате «прилипания» электронов к нейтральным атомам могут возникать и отрицательные ионы.

Если в газе не остается нейтральных частиц, плазма называется полностью ионизованной. Плазма подчиняется газовым законам и во многих отношениях ведет себя как газ. Вместе с тем, поведение плазмы в ряде случаев, особенно при воздействии на нее электрических и магнитных полей, оказывается столь необычным, что о ней часто говорят как о новом четвертом состоянии вещества. (Рис 3).

Рис.3. Четвёртое состояние вещества.

1.3. Что такое пылевая плазма?

Пылевая плазма представляет собой ионизованный газ, содержащий пылинки — частицы твердого вещества. Такая плазма часто встречается в космосе: в планетных кольцах, хвостах комет, межпланетных и межзвездных облаках (рис.4). Она обнаружена вблизи искусственных спутников Земли и в пристеночной области термоядерных установок с магнитным удержанием, а также в плазменных реакторах, дугах, разрядах.

Рис. 4. Плазменный хвост кометы.

В лабораторных условиях пылевую плазму впервые получил американец Ирвинг Лэнгмюр еще в 20-х годах прошлого века. Однако активно изучать ее начали лишь в последнее десятилетие. Повышенный интерес к свойствам пылевой плазмы возник с развитием технологий плазменного напыления (рис. 5) и травления в микроэлектронике (рис.6), а также производства тонких пленок (рис. 7) и наночастиц (рис.8).

Рис. 5. Плазменное напыление Рис.6. Травление платины в

Рис.7. Тонкая полупроводниковая пленка

1.4. Плазменный кристалл.

Размеры пылевых частиц относительно велики — от долей микрона до нескольких десятков, иногда сотен микрон (рис. 9). Их заряд может иметь чрезвычайно большую величину и превышать заряд электрона в сотни и даже в сотни тысяч раз. В результате средняя кулоновская энергия взаимодействия частиц, пропорциональная квадрату заряда, может намного превосходить их среднюю тепловую энергию (рис.10). Получается плазма, которую называют сильно неидеальной, поскольку ее поведение не подчиняется законам идеального газа. (Напомним, что плазму можно рассматривать как идеальный газ, если энергия взаимодействия частиц много меньше их тепловой энергии).

Рис.9. Плазменный кристалл. Рис. 10. Кулоновское взаимод.

Теоретические расчеты равновесных свойств пылевой плазмы показывают, что при некоторых условиях сильное электростатическое взаимодействие «берет верх» над низкой тепловой энергией и заставляет заряженные частицы выстраиваться в пространстве определенным образом. Образуется упорядоченная структура, которая получила название кулоновского или плазменного кристалла. Плазменные кристаллы подобны пространственным структурам в жидкости или твердом теле (рис.11). Здесь могут происходить фазовые переходы типа плавления и испарения.

Рис. 11. Плазменный кристалл.

Если частицы пылевой плазмы достаточно велики, плазменный кристалл можно наблюдать невооруженным глазом.

II. Экспериментальная часть.

Получение низкотемпературной плазмы в домашних условиях.

После некоторых исследований, свойств и характеристик плазмы, я смог провести опыт получения в домашних условиях низкотемпературной плазмы (Видео «Получение плазмы»). Для этого мне понадобилось следующее оборудование: СВЧ печь, вод ветроустойчивые спичка, стеклянная банка.

Ход проведения опыта:

С начала я вынул из СВЧ печи стеклянное блюдо, на котором вращаются продукты при разогреве. Подготовил спичку. (рис. 12)

Рис. 12. Подготовительный этап.

Затем на центр Микроволновой печи я вставил спичку и зажег ее.

После этого я накрыл спичку стеклянной банкой, потом закрыл СВЧ печь, включил ее, установив функцию нагрева продуктов. (рис. 13)

После некоторого количества времени можно увидеть, как в стеклянной банке с зажженной спичкой образовывается плазма. (рис. 14)

Рис.14. Низкотемпературная плазма.

Вывод.

Благодаря этому простому опыту можно увидеть, как ионизируется газ под действием температуры и тем самым получается частично ионизированная плазма. Если мне удалось так просто получить низкотемпературную плазму, значит её можно получить на предприятиях, при этом затраты на её получение минимальны.

Заключения.

Мне удалось получить низкотемпературную плазму в домашних условиях. Я расширил свои знания по данному вопросу, узнал много нового и интересного. Меня очень заинтересовала эта тема и уверен, что когда я буду выбирать профессию эта исследовательская работа оставит свой отпечаток.

«Хаотичная» плазма-это 5-е состояние вещества. Кристаллическая плазма-это состояние «организованной» плазмы, где ее не надо удерживать магнитным полем. Свойства плазмы составляют основу современных технологий, область применения которых обширна.

Я считаю, что плазма — это символ будущего, важнейшая отрасль, без которой немыслимо дальнейшее развитие цивилизации. Плазма, на мой взгляд, альтернативный источник энергии и доктор экологии.

Список литературы.

1.Арцимович Л.А. «Элементарная физика плазмы»

2. http://www.nkj.ru/archive/articles/1318/ (Наука и жизнь, КРИСТАЛЛЫ В ПЫЛЕВОЙ ПЛАЗМЕ)

3. Robert L. Merlino. Experimental Investigations of Dusty Plasmas (англ.) (PDF). Department of Physics and Astronomy, The University of Iowa (17 June 2005). — Исторический обзор исследований пылевой плазмы. Проверено 18 июля 2009. Архивировано из первоисточника 2 апреля 2012.

4. В. Е. Фортов, А. Г. Храпак, С. А. Храпак, В. И. Молотков, О. Ф. Петров Пылевая плазма (рус.) // УФН. — 2004. —Т. 174. — С. 495—544.

5. Цытович В.Н. Плазменно-пылевые кристаллы, капли и облака (рус.) // УФН. — 1997. — Т. 167. — С. 57–99.

6. Пылевая плазма // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. — М.: Янус-К, 2006. — Т. 1.

7. В. Е. Фортов Плазменно-пылевые кристаллы и жидкости на Земле и в Космосе (рус.) // Вестник российской академии наук. — 2005. — Т. 75, № 11. — С. 1012-1027.

8..Б. А. Клумов О критериях плавления комплексной плазмы (рус.) // УФН. — 2010. — Т. 180. — С. 1095—1108.

9. Видео с ютуба «Изучение полевых кристаллов в космосе».