Техника - молодёжи 1974-01, страница 19

провода и возникает зеленоватое свечение — коронный разряд.

Делая воздух электропроводным, такой разряд снимает заряд с наэлектризовавшихся веществ. Для этого он и применялся поначалу. Но потом оказалось, что в подобном явлении таился ключ к широкому промышленному применению статического электричества. В 1905 году английский изобретатель Ф. Коттрелл стал пропускать сквозь трубу с коронным разрядом газ, загрязненный частицами сажи и золы. Получающиеся в разряде ионы «налипали» на твердые частицы и сообщали им большой отрицательный заряд, после чего такие частицы быстро отбрасывались электрическим полем на стенки заземленной трубы, из которой в результате выходил очищенный газ.

Коронный разряд, позволивший сообщать диэлектрическим телам заряды, во много раз большие тех, которые можно было сообщить им за счет трения, придал промышленное значение статическому электричеству. Опыты, прежде служившие для развлечения, легли в основу важных технических устройств и процессов. Появились установки для разделения всевозможных сыпучих смесей с помощью электростатики. Она стала широко применяться в технологических процессах полиграфии, обработки бумаги и пленок. В электростатическом поле производится окраска, нанесение абразивных частиц, сухих порошков и даже коротких волокон на всякого рода подложки. Электростатическое поле и коронный разряд — главные участники ксерографического процесса для быстрого воспроизведения текстов и разрабатываемых сейчас методов бесконтактной печати. Специалисты сельского хозяйства работают над способом нанесения ядохимикатов на обе стороны листьев растений с помощью электростатического поля.

Так входит в промышленность и в жизнь «электричество от трения», которым увлекались во второй половине XVIII века и которым мало занимались на протяжении последующих 150 лет. И в этом быстро растущем практическом применении электростатики секрет повышенного интереса к электростатическим генераторам, необхо димым для приведения в действие всех этих важных технологических процессов.

Генератор на лезвии бритвы

То, что статическое электричество долго не находило полезного практического применения, любо пытным образом отразилось на судьбе электростатических генера

торов. В то время как электромагнитные устройства и приборы быстро покидали стены лабораторий и, обретая «машинный» облик, утверждались на телеграфах, заводах и электростанциях, электростатические устройства прозябали на полках учебных кабинетов. Конечно, нельзя сказать, чтобы они совсем не совершенствовались: между лейденской банкой, заряжаемой натертой мехом" стеклянной палочкой, и всем знакомой школьной электрофорной машиной дистанция огромного размера. Но ни стеклянной палочки и меха, ни электрофорной машины не сыскать нигде, кроме учебных физических кабинетов: источники статического электричества почти полтора столетия совершенствовались не как промышленные аппараты, а как демонстрационные приборы.

Так, на смену машинам, в ко торых стеклянные шары, цилиндры и диски электризовались трением о шерсть или кожаные подушки, пришли так называемые «индукционные» машины. В основе их действия лежало явление, открытое Вольта и не имеющее никакого отношения к той «индукции», которая составила славу Фарадея. Вольта заметил, что если, например, к положительно заряженной пластине близко, но не до соприкосновения поднести металлический диск, изолированный от земли, то на его поверхности, обращенной к заряженной пластинке, соберутся отрицательные заряды. Заряды же положительные, стремясь удалиться от одноименных зарядов пластины, соберутся на внешней стороне. Если ненадолго заземлить эту внешнюю сторону, положительные заряды уйдут в землю, и диск, даже выведенный из поля пластины, окажется заряженным отрицательно. Разрядив его на лейденскую банку, можно снова и снова повторять всю эту операцию, во время которой первоначально сообщенный пластине заряд сам нё расходуется, но непрерывно «индуцирует» — наводит — заряд в металлическом диске.

Первая машина, в которой все эти операции выполнялись авгома тически, была сооружена в 1831 го ду итальянцем Белли. Потом ее усовершенствовали немецкие физики Теплер и Гольц, и, наконец, в 1870-х годах появилась индукционная электрофорная машина Уим-шерста, украшающая ныне школь ные физические кабинеты.

Изучение электрического разря да в разреженных газах дало первый толчок совершенствованию электростатических генераторов, и оказалось максимум, что можно было выжать из многодисковых ма

шин, это 300 тыс. в и 1,2 квт. Изучение атомного ядра, потребовавшее еще больших напряжений, привело к появлению новых конструкций. В сущности, генераторы Ван де Граафа и Феличи, созданные соответственно в 1930-х и 1940-х годах, принципиально не отличались друг от друга. Сердцем каждого из них был огромный полый металлический шар, надежно изолированный от земли, на внутреннюю поверхность которого непрерывно подводился электрический заряд. Только Ван де Грааф для подвода заряда использовал ленту на двух вращающихся шкивах, а Феличи — быстро вращающийся пластмассовый цилиндр.

Первый генератор Ван де Граафа, с лентой, электризуемой путем индукции, был пущен в 1936 году и при мощности 6 квт дал напряжение 5 млн. в. Позднее для электризации лент и цилиндров стали применять коронный разряд, и к 1950-м годам в распоряжении ученых находились генераторы двух типов. Генераторы Ван де Граафа давали высокие напряжения — до 10—15 млн. в — при малых токах до 1000 ца, а генераторы Феличи, наоборот, давали сравнительно большие токи — до 10 тыс. ца — при меньших напряжениях, до 1 млн. в. Но какой дорогой ценой достаются эти характеристики!

Во-первых, размеры. Генератор мощностью в несколько десятков киловатт представляет собой сооружение высотой 5—10 м. Во-вторых, вблизи сферического электрода, на котором накапливается заряд, тоже возникает «корона». Для ее подавления приходится помещать всю установку в герметичный стальной кожух, наполненный газом под высоким давлением. Так, генераторы Ван де Граафа наполняются смесью азота и углекислоты под давлением 30 атм, а генераторы Феличи — водородом под давлением 25 атм. В-третьих, сравнительно быстрый износ лент и цилиндров приводит к загрязнению внутренних полостей генератора пылью

Не очень существенные, когда речь идет об уникальных генераторах для научных исследований, эти недостатки становятся нетерпимыми для промышленных генераторов, которые должны надежно работать в течение длительного времени. Вот почему в последние годы электротехники все больше и больше внимания уделяют разработке более дешевых, надежных, мощных и компактных генераторов, прежде всего электрогидродинамических.

Действительно, движущуюся заряженную ленту или вращающийся

17