Weird Science

Wiatr elektrostatyczny

Elek­tro­sta­tyka

Wyo­braźmy sobie kulę wyko­naną z mate­riału dobrze prze­wo­dzącego prąd elek­tryczny. W takim wypadku nie ma żad­nego powodu by gęstość ładunku na jego powierzchni nie była roz­ło­żona rów­no­mier­nie.

Prze­pro­wadźmy jed­nak eks­pe­ry­ment myślowy i weźmy prze­wod­nik o innym ksz­tałcie niż kula. Poten­cjał elek­tryczny w każdym punk­cie powierzchni tego ciała musi być równy. Gęstość ładunku zależy więc odw­rot­nie pro­por­cjo­nal­nie od pro­mie­nia krzy­wi­zny w miej­scu jej pomiaru. Im mniej­szy pro­mień krzy­wi­zny, tym więk­sza gęstość ładunku.

Prze­wod­nik nała­do­wany i mający ostre brzegi łatwo traci swój ładu­nek. Dzieje się tak dla­tego, że pro­mień krzy­wi­zny na ostrzach jest tak mały (a gęstość ładunku tak duża), że sąsia­du­jące z nimi powie­trze zostaje zjo­ni­zo­wane. Ładu­nek zostaje prze­ka­zany na cząstki powie­trza. Pow­staje wtedy tak zwany wiatr elek­tryczny.

Zasada jego pow­sta­wa­nia jest podobna w przy­padku ładunku dodat­niego i ujem­nego. Przed­sta­wią ją rysu­nek:

Ilustracja

Na końcu ostrza gęstość ładunku jest naj­więk­sza. Osiąga ona taką war­tość, że obo­jętne cząstki gazów zostają zjo­ni­zo­wane czyli zyskują ładu­nek elek­tryczny. Znak ich ładunku jest taki sam jak ładunku ostrza: ładunki jed­nego znaku się odpy­chają. Ostrze jest nie­ru­chome czyli zostają odepch­nięte cząstki gazu, two­rząc wiatr.

Możemy się posta­rać zaob­ser­wo­wać to zja­wi­sko.

Doświad­cze­nie

Jako źródło wyso­kiego napięcia można zasto­so­wać gene­ra­tor Van de Gra­affa, szkolną maszynę elek­tro­sta­tyczną lub gene­ra­tor wyso­kiego napięcia ZVS. Po szcze­góły budowy ZVSa odsy­łam zain­te­re­so­wa­nych do mojej strony poświęco­nej temu urządze­niu. Potrze­bu­jemy też świecy i ostro ściętego dru­cika jako ostrza.

Ostrze­że­nie: Uży­wa­nia układu ZVS nie pole­cam począt­ku­jącym bez doświad­cze­nia w obcho­dze­niu się z wyso­kim napięciem. Na wyj­ściu urządze­nia występuje napięcie wielu tysięcy wol­tów. Przy nieu­mie­jęt­nym obcho­dze­niu się z urządze­niem może dojść do poważn­ego pora­że­nia! Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Jeden z bie­gu­nów wyj­ścio­wych ZVSa uzie­miamy, zaś drugi pod­łączamy do ostrza, które umiej­sca­wiamy naprze­ciw pło­mie­nia świecy:

Ilustracja

Po włącze­niu prze­twor­nicy na ostrze zosta­nie podane wyso­kie napięcie. Zacz­nie od niego wiać wiatr elek­tryczny. Może odchy­lić pło­mień świecy lub nawet go zga­sić. Widać to na fil­miku:

Ostrze znaj­duje się po pra­wej stro­nie. Ciąg powie­trza jest wyczu­walny dło­nią jako chłód. Daje się odczuć także zapach ozonu.

Siła odrzutu wia­tru elek­tro­sta­tycz­nego jest w tym wypadku tak duża, że z łatwo­ścią roz­wiewa dro­binki sty­ro­pianu:

Pod­czas zja­wi­ska wia­tru elek­trycz­nego docho­dzi także do wyła­do­wa­nia koro­no­wego, o którym możesz prze­czy­tać na tej stro­nie.

Na tej zasa­dzie dzia­łają jono­loty oraz mły­nek Fran­klina (opi­sany tutaj). Ostat­nio efekt elek­tro­no­wego wia­tru elek­tro­sta­tycz­nego jest testo­wany jako napęd dla nie­wiel­kich stat­ków kosmicz­nych i sond między­pla­ne­tar­nych.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa