Техника - молодёжи 1937-08, страница 48

кам не трением, а тем, что их пропускают через ионизированную среду, т. е. среду со свободными зарядами.

При таком способе значительно возрастает число капель, переносящих электрические заряды, что коренным образом меняет всю картину. Пары ртути ионизируются легче и позволяют работать при более высоких температурах, чем водяные пары, поэтому мы решили в качестве рабочего тела использовать не воду, а ртуть.

Принципиальная схема ионно-коявекционного генератора показана, на рисунке. В сопло >S поступает из котла (не показанного на рисунке) ртутный пар. Расширяясь в сопле, пар приобретает большую кинетическую энергию и одновременно переходит точку росы, т. е. частично конденсируется и превращается в дисперсную среду — туман.

Вблизи сопла помещены два электрода А и F, к которым ,подведено напряжение от батареи £а. При определенной величине напряжения между электродами образуется электрическая дуга. Окружающая дугу среда ионизируется, т. е. атомы ее расщепляются, образуя электроны отрицательно заряженные частицы — и ионы — положительно заряженные частицы. Перед широким отверстием сопла помещена металлическая сетка, которую заряжают отрицательным потенциалом от батареи Ей

Электроны, образующиеся в .результате ионизации. идут к аноду А — положительному электроду, ионы — частично к катоду F— отрицательному электроду, а частично к заряженной отрицательно сетке G, как это показано стрелками на рисунке. Поэтому вокруг сетки и образуется как бы оболочка из положительных ионов.

В сопле S ртутный пар расширяется и начинает конденсироваться. При этом центром конденсации могут являться ионы. Вот почему образующиеся капельки ртути несут на себе положительные электрические заряды.

За сеткой G расположен металлический холодильник X. Попавшие на холодильник капельки отдают ему свой заряд, и холодильник заряжается положительно. Но так как тела, имеющие одноименный заряд, отталкиваются, то электрическое поле между сеткой и холодильником тормозит капельки. Поэтому на холодильник капельки приходят уже не с той скоростью, с которой они вылетели из сопла, а с какой-то остаточной скоростью, составляющей всего несколько процентов от начальной. Если бы холодильник не был заряжен (если его замкнуть, надр'имер, накоротко с сеткой G), то не было бы тормозящего электрического поля и капельки при

летали бы на холодильник с той же скоростью, какую они имели при выходе из сопла. При ударе о стенки холодильника вся кинетическая энергия капелек и пара преобразовывалась бы опять в тепловую энергию.

Таким образом за счет торможения капелек и происходит преобразование кинетической энергии в энергию электрическую.

Нагрузка генератора, т. е. объект, к которому подается напряжение от генератора, приключается к зажимам Z. Положительным полюсом является холодильник X, а отрицательным — один из электродов ионизирующей дуги.

Рассмотрим детальнее механизм преобразования тепловой энергии пара в электрическую в ионно-конвекционном генераторе.

Любое заряженное электричеством тело обладает электрическим напряжением — потенциалом. Если соприкасаются два неодинаково нагретых тела, то тепло переходит от более \нагретого к менее нагретому. Точно так же если два тела имеют разный потенциал, то при соединении их какой-либо проводящей средой электричество будет переходить от тела с большим потенциалом к телу с меньшим, пока их потенциалы не сравняются. При этом производится работа, которая всегда равна произведению разности потенциалов на величину электрического заряда.

Предположим, что между холодильником и сеткой имеется разность потенциалов U. Тогда для переноса с сетки на холодильник заряда е надо совершить работу, равную Ое.

Кинетическая энергия любого тела — энергий движения — тем больше, чем больше его масса и скорость. Она равняется половине произведения массы тела на квадрат его скорости.

Назовем массу капельки т, скорость ее'«, тогда ?nv² „

кинетическая энергия капли будет-g-.Если бы капля

двигалась к холодильнику только за счет имеющейся у нее в момент выхода из сопла кинетической

энергии, то должно было бы быть немного больше Ue. Скорость капельки, выходящей из сопла, одного порядка с тепловыми скоростями молекул, т. е. равна нескольким стам метрам в секунду, поэтому даже в том случае, когда заряд капли равен элементарному электрическому заряду, .она должна состоять из нескольких сот тысяч атомов, чтобы иметь достаточную массу и запас энергии для преодоления тормозящего электрического поля холодильника.

Таким образом, электризоваться будут только капли, обладающие достаточной' массой, и только они будут переносить электрические заряды.

Однако неверно было бы заключить, что полезную работу производит только та часть пара, которая сконденсируется в капли при выходе из сопла. Размеры капелек, состоящих из нескольких сот тысяч атомов, очень малы — порядка одной десятимиллионной миллиметра, поэтому поверхность их по отношению к их массе и объему весьма велика, как у -всех маленьких тел. Велико, поэтому и трение капелек об окружающий их пар, даже при высоких степенях разрежения последнего.

Капельки как бы увлекаются паром, и, когда под влиянием электрического поля они начинают тормозиться, пар подгоняет их, и капельки могут дойти до холодильника даже в том случае, когда живая

тхГ- _Т.

сила -д- меньше Ье>

_L 46