www.diagram.com.ua
www.diagram.com.ua

Русский: Русская версия English: English version

Translate it!

+ Поиск по всему сайту
+ Поиск по журналам
+ Поиск по статьям сайта
+ Поиск по каталогу схем
+ Поиск по схемам СССР
+ Поиск по Библиотеке

ВСЕ СТАТЬИ А-Я

БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
СПРАВОЧНИК
АРХИВ СТАТЕЙ

НОВОСТИ НАУКИ И ТЕХНИКИ, НОВИНКИ ЭЛЕКТРОНИКИ

ФОРУМЫ
ВАШИ ИСТОРИИ ИЗ ЖИЗНИ
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
ОТЗЫВЫ О САЙТЕ

КАРТА САЙТА

Бесплатная техническая библиотека РАЗДЕЛЫ БЕСПЛАТНОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ БИБЛИОТЕКИ:
Архив и лента новостей
Книги и сборники
Технические журналы
Архив статей и поиск
Схемы и сервис-мануалы
Электронные справочники
Русские инструкции
Радиоэлектронные и электротехнические устройства

СКАЧАЙТЕ БЕСПЛАТНО:

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ БЕСПЛАТНО:
Автомобиль
Автомобильные электронные устройства
Аккумуляторы, зарядные устройства
Акустические системы
Альтернативные источники энергии
Антенны
Антенны КВ
Антенны телевизионные
Антенны УКВ
Антенные усилители
Аудио и видеонаблюдение
Аудиотехника
Блоки питания
Бытовая электроника
Бытовые электроприборы
Видеотехника
ВЧ усилители мощности
Галогенные лампы
Генераторы, гетеродины
Гирлянды
Гражданская радиосвязь
Детекторы напряженности поля
Дозиметры
Дом, приусадебное хозяйство, хобби
Зажигание автомобиля
Заземление и зануление
Зарядные устройства, аккумуляторы, батарейки
Защита электроаппаратуры
Звонки и аудио-имитаторы
Измерения, настройка, согласование антенн
Измерительная техника
Индикаторы, датчики, детекторы
Инструмент электрика
Инфракрасная техника
Кварцевые фильтры
Компьютерные интерфейсы
Компьютерные устройства
Компьютерный модинг
Компьютеры
Личная безопасность
Люминесцентные лампы
Медицина
Металлоискатели
Микроконтроллеры
Микрофоны, радиомикрофоны
Мобильная связь
Модернизация радиостанций
Модуляторы
Молниезащита
Музыканту
Начинающему радиолюбителю
Ограничители сигнала, компрессоры
Освещение
Освещение. Схемы управления
Охрана и безопасность
Охрана и сигнализация автомобиля
Охрана и сигнализация через мобильную связь
Охранные устройства и сигнализация объектов
Переговорные устройства
Передатчики
Передача данных
Предварительные усилители
Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы
Применение микросхем
Пускорегулирующие аппараты люминесцентных ламп
Работа с CAD-программами
Радиолюбительские расчеты
Радиолюбителю-конструктору
Радиоприем
Радиостанции портативные
Радиостанции, трансиверы
Радиоуправление
Разная бытовая электроника
Разные компьютерные устройства
Разные узлы радиолюбительской техники
Разные устройства гражданской радиосвязи
Разные электронные устройства
Разные электроустройства
Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы
Регуляторы тембра, громкости
Регуляторы тока, напряжения, мощности
Сварочное оборудование
Светодиоды
Синтезаторы частоты
Смесители, преобразователи частоты
Спидометры и тахометры
Справочник электрика
Справочные материалы
Стабилизаторы напряжения
Студенту на заметку
Телевидение
Телефония
Теория антенн
Техника QRP
Технологии радиолюбителя
Технология антенн
Трансвертеры
Узлы радиолюбительской техники
Усилители мощности
Усилители мощности автомобильные
Усилители мощности ламповые
Усилители мощности транзисторные
Усилители низкой частоты
Устройства защитного отключения
Фильтры и согласующие устройства
Цветомузыкальные установки
Цифровая техника
Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки
Электрику
Электрику. ПТЭ
Электрику. ПУЭ
Электрические схемы автомобилей
Электрические счетчики
Электричество для начинающих
Электробезопасность, пожаробезопасность
Электродвигатели
Электромонтажные работы
Электронный впрыск топлива
Электропитание
Электроснабжение
Электротехнические материалы

СТАТЬИ БЕСПЛАТНО:
Батарейки и аккумуляторы
Большая энциклопедия для детей и взрослых
Биографии великих ученых
Важнейшие научные открытия
Детская научная лаборатория
Должностные инструкции
Домашняя мастерская
Жизнь замечательных физиков
Заводские технологии на дому - простые рецепты
Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
Искусство аудио
Искусство видео
История техники, технологии, предметов вокруг нас
И тут появился изобретатель
Конспекты лекций, шпаргалки
Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
Любителям путешествовать - советы туристу
Мобильные телефоны
Моделирование
Опыты по физике
Опыты по химии
Нормативная документация по охране труда
Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
Охрана труда
Параметры, аналоги, маркировка радиодеталей
Радио - начинающим
Секреты ремонта
Советы радиолюбителям
Строителю, домашнему мастеру
Справочная информация
Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
Функциональный состав импортных ТВ
Функциональный состав, пульты, шасси, эквиваленты импортных телевизоров
Чудеса природы. Увлекательное путешествие вокруг земного шара
Шпионские штучки
Электрик в доме
Эффектные фокусы и их разгадки

ЖУРНАЛЫ БЕСПЛАТНО:
Блокнот Радиоаматора
Домашний компьютер
Домашний ПК
КВ журнал
КВ и УКВ
Квант
Компьютерра
Конструктор
Левша
Моделист-конструктор
М-Хобби
Наука и жизнь
Новости электроники
Новый Радиоежегодник
Популярная механика
Радио
Радио Телевизия Електроника
Радиоаматор
Радиодело
Радиодизайн
Радиокомпоненты
Радиоконструктор
Радиолюбитель
Радиомир
Радиосхема
Радиохобби
Ремонт и сервис
Ремонт электронной техники
Сам
Сервисный центр
Силовые машины
Схемотехника
Техника - молодежи
Химия и жизнь
ЭКиС
Электрик
Электроника
Юный техник
Юный техник для умелых рук
Я - электрик
A Radio. Prakticka Elektronika
Amaterske Radio
Chip
Circuit Cellar
Electronique et Loisirs
Electronique Pratique
Elektor Electronics
Elektronika dla Wszystkich
Elektronika Praktyczna
Everyday Practical Electronics
Evil Genius
Funkamateur
Nuts And Volts
QEX
QST
Radiotechnika Evkonyve
Servo
Stereophile

КНИГИ СЕРИЙНЫЕ БЕСПЛАТНО:
Библиотека по автоматике
Библиотека электромонтера
Библиотечка Квант
Библиотечка электротехника
Знай и умей
Массовая радиобиблиотека

КНИГИ ПО РАДИОТЕХНИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ БЕСПЛАТНО:
Автомобиль
Аппаратура СВЧ
Запись и воспроизведение звука
Ламповая аппаратура
Начинающему радиолюбителю
Охрана и безопасность
Радиолокация, навигация
Радиотехнические технологии
Радиоуправление, моделизм
Робототехника
Схемотехника
Теоретическая электроника, радиотехника
Усилители
Цифровая обработка сигналов
Электроника в быту
Электроника в медицине
Электроника в науке
Электроника для музыканта

КНИГИ ПО РЕМОНТУ БЕСПЛАТНО:
Ремонт аудиотехники
Ремонт бытовая техники
Ремонт видеотехники
Ремонт телевизоров ламповых
Ремонт телевизоров полупроводниковых
Ремонт мониторов
Ремонт оргтехники
Ремонт радиоприемников
Ремонт телефонов и факсов
Спутниковое телевидение
Теория телевидения
Теория ремонта электроники

КНИГИ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ БЕСПЛАТНО:
Измерения и метрология
Измерительная аппаратура
Измерительная техника. Схемы и описания

КНИГИ ПО СВЯЗИ БЕСПЛАТНО:
Антенны
Аппаратура любительской радиосвязи
Линии связи, передача данных
Мобильные телефоны
Теория и практика радиосвязи

КНИГИ ПО ЭЛЕКТРИКЕ БЕСПЛАТНО:
Автоматика, автоматизация, управление
Аккумуляторы, элементы питания, зарядные устройства
Альтернативные источники энергии
Источники питания, стабилизаторы, преобразователи
Молниезащита
Осветительная аппаратура
Охрана труда, электробезопасность, пожаробезопасность
Релейная защита
Сварка, сварочное оборудование
Теория электротехники
Устройства телемеханики
Электрику, электромонтажнику, электромеханику
Электрические сети, воздушные и кабельные линии
Электродвигатели
Электрооборудование
Электропривод
Электростанции, подстанции
Электротехнические справочники
Энергетика, электроснабжение

СБОРНИКИ БЕСПЛАТНО:
В помощь радиолюбителю
Радиоаматор-лучшее
Радиоежегодник

СПРАВОЧНИКИ БЕСПЛАТНО:
Зарубежные микросхемы и транзисторы
Измерительная техника. Схемы и описания
Медицинская аппаратура
Механизмы импортной аудио и видеоаппаратуры
Прошивки зарубежной аппаратуры
Пульты ДУ импортных телевизоров
Радиокомпоненты Atmel
Радиокомпоненты Cirrus Logic
Радиокомпоненты Maxim
Радиокомпоненты Microchip
Радиокомпоненты Mitsubishi
Радиокомпоненты Motorola
Радиокомпоненты National Semiconductor
Радиокомпоненты Panasonic
Радиокомпоненты Philips
Радиокомпоненты Rohm
Радиокомпоненты Samsung
Радиокомпоненты Sharp
Радиокомпоненты Sony
Радиокомпоненты Toshiba
Соответствие моделей и шасси телевизоров
Строчные трансформаторы HR
Строчные трансформаторы Konig

СХЕМЫ И СЕРВИС-МАНУАЛЫ БЕСПЛАТНО:
Бытовая техника Beko
Бытовая техника Braun
Бытовая техника Candy
Бытовая техника Elenberg
Бытовая техника Elica
Бытовая техника Gorenje
Бытовая техника Hansa
Бытовая техника Merloni
Бытовая техника SEB
Бытовая техника Snaige
Бытовая техника Stinol
Бытовая техника Universal
Бытовая техника Whirpool

Зарубежные DVD-плееры
Зарубежные автомагнитолы
Зарубежная аудиоаппаратура
Зарубежные видеокамеры
Зарубежные видеомагнитофоны и видеоплееры
Зарубежные мониторы
Зарубежные моноблоки
Зарубежные телевизоры
Зарубежные телефоны
Зарубежные факсы

Мобильники Benq-Siemens
Мобильники Eastcom
Мобильники Ericsson
Мобильники Fly Bird
Мобильники LG
Мобильники Maxon
Мобильники Mitsubishi
Мобильники Motorola
Мобильники Nokia
Мобильники Panasonic
Мобильники Pantech
Мобильники Samsung
Мобильники Sharp
Мобильники Siemens
Мобильники Sony-Ericsson
Мобильники TCL
Мобильники Voxtel

Отечественные телевизоры
Отечественная аудиоаппаратура

Справочники по вхождению в режим сервиса

Схемы блоков питания импортных телевизоров и видеотехники

Телевизоры Avest
Телевизоры Beko
Телевизоры, аудио, видеотехника Elenberg, Cameron, Cortland
Телевизоры Erisson
Телевизоры Rainford
Телевизоры Roadstar
Телевизоры Rolsen
Телевизоры Vestel
Телевизоры Витязь
Телевизоры Горизонт
Телевизоры Рекорд
Телевизоры Рубин

Станки металлообрабатывающие
Электроинструмент Bocsh
Электроинструмент Makita

БЕСПЛАТНЫЙ АРХИВ СТАТЕЙ
(150000 статей в Архиве)

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ:
Библиотечка Квант указатель
Библиотека по автоматике указатель
Библиотека электромонтера указатель
Библиотечка электротехника указатель
Блокнот Радиоаматора указатель
В помощь радиолюбителю указатель
Знай и умей указатель
Массовая радиобиблиотека указатель
КВ и УКВ указатель
КВ журнал указатель
Квант указатель
Конструктор указатель
Моделист-конструктор указатель
Наука и жизнь указатель
Новости электроники указатель
Новый Радиоежегодник указатель
Популярная механика указатель
Радио указатель
Радиоаматор указатель
Радиоаматор-лучшее указатель
Радиоежегодник указатель
Радиодело указатель
Радиодизайн указатель
Радиокомпоненты указатель
Радиоконструктор указатель
Радиолюбитель указатель
Радиомир указатель
Радиосхема указатель
Радиохобби указатель
Ремонт и сервис указатель
Ремонт электронной техники указатель
Сам указатель
Сервисный центр указатель
Силовая электроника указатель
Схемотехника указатель
Техника - молодежи указатель
Химия и жизнь указатель
ЭКиС (Электронные компоненты и системы) указатель
Электрик указатель
Электроника указатель
Юный техник указатель
Я - электрик указатель

СПРАВОЧНИК БЕСПЛАТНО

ПАРАМЕТРЫ РАДИОДЕТАЛЕЙ БЕСПЛАТНО

ДАТАШИТЫ БЕСПЛАТНО

ПРОШИВКИ БЕСПЛАТНО

РУССКИЕ ИНСТРУКЦИИ БЕСПЛАТНО


Стол заказов СТОЛ ЗАКАЗОВ:

СХЕМЫ ПОД ЗАКАЗ:
Импортные DVD
Импортные автоаудио
Импортные аудио
Импортные видеокамеры
Импортные видеомагнитофоны
Импортные кондиционеры
Импортные мониторы
Импортные моноблоки
Импортные проекторы
Импортные СВЧ-печи
Импортная спутниковая аппаратура
Импортные стиральные машины
Импортные телевизоры
Импортные телефоны
Импортные факсы
Импортные фотоаппараты
Импортные холодильники

Отечественные автоаудио
Отечественные видеомагнитофоны
Отечественные магнитофоны
Отечественные мониторы
Отечественные приборы
Отечественные радиолы
Отечественные радиоприемники
Отечественные усилители
Отечественные цветные телевизоры
Отечественные черно-белые телевизоры
Отечественные электрофоны


Бонусы БОНУСЫ:

НА ДОСУГЕ:
Интерактивные флеш-игры
Игры он-лайн
Ваши истории
Знаете ли Вы, что...
Зрительные иллюзии
Веселые задачки
Каталог Вивасан
Палиндромы
Сборка кубика Рубика

ИСТОРИИ ИЗ ЖИЗНИ

ССЫЛКИ

ДОБАВИТЬ В ЗАКЛАДКИ

Оставить отзыв о сайте

ДИАГРАММА
© 2000-2017

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

Контакты

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на http://www.diagram.com.ua

сделано в Украине
сделано в Украине

Диаграмма. Бесплатная техническая библиотека

Бесплатная техническая библиотека Бесплатная техническая библиотека Как скачивать файлы с сайта? Как скачивать файлы с сайта? Добавить в закладки, оставить отзывДобавить в закладки, оставить отзыв

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники. Большая подборка статей со схемами, иллюстрациями, комментариями Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная библиотека / Схемы радиоэлектронных и электротехнических устройств

Физика аэроионизации

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Начинающему радиолюбителю

Комментарии к статье Комментарии к статье

Аэроионизаторы воздуха различных типов, в том числе и "Люстры Чижевского", все шире входят в наш быт. Многие радиолюбители изготавливают их самостоятельно. Однако не все представляют себе, что же происходит "на кончиках игл" конструкции. Какова "судьба" генерируемых аэроионов и как оптимизировать параметры и конструкцию самого аэроионизатора? Эти вопросы и рассматривает автор статьи.

Отнюдь не надеясь дать исчерпывающий ответ на все возникающие вопросы, попробую тем не менее рассказать о физических процессах, происходящих при ионизации.

Начать, вероятно, следует с описания того, что же физически представляет собой окружающий нас воздух. Он состоит на 78% из молекулярного азота N2 и на 21% из молекулярного кислорода 02 с небольшой примесью углекислого и инертных газов. Молекулы газов очень малы, их диаметр составляет около 2·10-10 м. В кубометре воздуха при нормальных условиях (температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст.) содержится 2,5·1025 молекул. Они находятся в непрерывном тепловом движении, хаотически перемещаясь и непрерывно сталкиваясь друг с другом (рис. 1). Собственно, и давление воздуха или других газов объясняется ударами молекул о стенки сосуда.

Физика аэроионизации

Молекулярная физика учит, что энергия теплового движения пропорциональна абсолютной температуре Т и равна kТ/2 на каждую степень свободы молекулы, где к = 1,38·10-23 Дж/К - постоянная Больцмана. Лишь при абсолютном нуле температуры (Т = 0 или -273,1°С) тепловое движение прекращается.

Для радиолюбителей интересно будет отметить, что электроны в проводниках, резисторах, лампах и транзисторах также подвержены тепловому движению, поэтому на выводах этих элементов возникает небольшое, хаотически изменяющееся напряжение, называемое напряжением шума. Мощность шума, приведенная ко входу любого усилителя или радиоприемника, определяется по формуле Найквиста: N = кТВ, где В - полоса пропускания.

Скорости молекул принимают самые разные значения, но в целом они подчиняются распределению Максвелла. Если по оси абсцисс отложить скорость v, а по оси ординат число молекул, имеющих данную скорость, N(v), получится график распределения молекул по скоростям (Максвелла), показанный на рис.2

Физика аэроионизации

Среднеквадратичная скорость молекул (она несколько выше наиболее вероятной, соответствующей максимуму кривой) составляет при нормальных условиях около 500 м/с, что в 1,5 раза выше скорости звука!

Совершенно ясно, что при такой высокой концентрации молекул и огромных их скоростях они часто сталкиваются друг с другом, а средняя длина свободного пробега не превышает 0,25 мкм (это вдвое меньше длины световой волны). Остается только удивляться, как "выживают" в этой кошмарной толчее ионы! Рассмотрим их.

Ионы - это те же атомы или молекулы, но с отсутствующим, или присоединенным "лишним" электроном. Напомним, что каждый атом содержит положительно заряженное ядро и электронную оболочку. Заряд квантован, и минимально возможный, элементарный заряд равен заряду электрона (е = 1,6-10-19 К). Любой заряд в природе составляет nе, где n - целое, хотя может быть и очень большое число. Число отрицательно заряженных электронов в атоме, равное числу положительных зарядов в ядре, соответствует порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Так, например, атом азота имеет 7 электронов, атом кислорода - 8.

В целом атом электрически нейтрален и достаточно прочен - для его видоизменения или разрушения надо затратить энергию. Особенно большая энергия нужна для расщепления ядра, такие энергии получают только в специальных ускорителях заряженных частиц или при ядерных реакциях. Легче же всего удалить из атома один внешний электрон. Работа, которую при этом надо совершить, равна энергии ионизации. Для двукратной ионизации атома (удаления двух электронов) нужна уже значительно большая энергия.

Легкий атомарный или молекулярный ион очень скоро объединяет вокруг себя некоторый конгломерат молекул и превращается в средний аэроион (И. Поллока), характеризуемый значительно большей массой и меньшей подвижностью. Оседая на микрочастицах, аэрозолях, пылинках и т. д., эти ионы превращаются в тяжелые и сверхтяжелые аэроионы (П. Ланжевена), имеющие еще большую массу и еще меньшую подвижность. Это уже не ионы, а скорее заряженные аэрозоли, концентрация которых целиком зависит от чистоты ионизируемого воздуха. Характеристики аэроионов для свежего воздуха вне помещений сведены в таблицу.

Физика аэроионизации

Для производственных и общественных помещений, воздушная среда которых подвергается специальной обработке в системах кондиционирования, установлены минимально необходимые и максимально допустимые нормы концентрации легких аэроионов отрицательной полярности - 600...50 000, положительной - 400...50 000. Оптимальной концентрацией легких отрицательных аэроионов считается 3000...5000, положительных - примерно вдвое меньше [1].

В закрытых помещениях концентрация полезных легких отрицательных аэроионов обычно не превосходит нескольких десятков. Концентрация же вредных положительных быстро растет, особенно, если в помещении находятся люди и работают телевизоры, мониторы компьютеров и тому подобные устройства.

Механизмы ионизации могут быть разными. Фотоионизация происходит при столкновении кванта электромагнитного излучения (фотона) с атомом или молекулой. Ударная ионизация возникает при столкновении с быстро движущейся, а следовательно, имеющей большую кинетическую энергию (mv2/2) частицей. Термическая ионизация вызвана сильным нагревом газа, таким, что энергия теплового движения становится сравнимой с энергией ионизации. Наконец, автоионизация имеет место под действием сильного электрического поля с напряженностью 107...108 В/м, достаточной, чтобы "сорвать" внешний электрон атома силами электростатического взаимодействия [2].

Энергию ионизации можно измерять, как и полагается, в джоулях (система единиц СИ), но гораздо удобнее - в электрон-вольтах (1 эВ = 1,6-10-19 Дж). В этом случае она численно равна потенциалу ионизации Р - наименьшей ускоряющей разности потенциалов, которую должен пройти электрон, чтобы приобрести энергию еР, достаточную для ионизации невозбужденного атома или молекулы электронным ударом.

Потенциалы ионизации атомарного азота и кислорода составляют соответственно 14,5 и 13,6 В, но атомарных газов в нижних слоях атмосферы практически нет. Молекулы азота и кислорода имеют другие потенциалы ионизации - 15,6 и 12,2 В. Интересно отметить, что потенциал ионизации молекулярного кислорода заметно меньше, отсюда уже следует важный практический вывод: ионизатор должен работать при минимально возможном напряжении, при котором еще получаются легкие ионы, - тогда будут преобладать полезные для здоровья ионы кислорода.

Могут ли в обычных условиях молекулы газа ионизироваться, или обмениваться зарядами при соударениях, вызванных тепловым движением? Очевидно, что нет, поскольку расчет средней энергии поступательного движения молекулы (3 степени свободы) дает значение ЗкТ/2 = 6·10-21 Дж, что на два с половиной порядка меньше энергии ионизации.

В естественных условиях ионизируют воздух ультрафиолетовое излучение Солнца, радиоактивные элементы земной коры, грозовые и другие электрические явления в атмосфере. Ионы образуются также при испарении и распылении частиц воды, в результате жизнедеятельности растений и животных. Так, например, каждый выдох человека содержит миллионы положительных ионов [3], а шерстинки кошки могут создавать отрицательные ионы [4].

Ионизация на иглах с высоким потенциалом, как было отмечено, происходит под действием электрического поля с высокой напряженностью, причем из отрицательно заряженной иглы вырываются электроны - ведь в металле в избытке имеются "свободные" электроны, не связанные с атомами кристаллической решетки, благодаря им металл и является проводником. Работа выхода электрона из большинства металлов составляет несколько электрон-вольт, что меньше энергии ионизации газа. Автоэлектронная эмиссия [2] из металла происходит при напряженности поля выше 107 В/м и поставляет первичные электроны, служащие лишь для начала ионизационных процессов. Наряду с ней, может происходить и фотоэффект - выбивание электронов квантами света и ультрафиолетового излучения, если газ в окрестности кончика иглы светится.

Вылетевший электрон недолго остается свободным: пройдя расстояние порядка длины свободного пробега, он столкнется с молекулой газа и притянется к ней электрическими силами, образовав отрицательный ион. Процесс присоединения электрона к нейтральной молекуле уже не требует затрат энергии, более того, при этом процессе даже выделяется небольшая энергия. Однако "производительность" иглы, работающей подобным образом, была бы очень мала. Интересно разогнать электрон до такой скорости, чтобы, столкнувшись с молекулой, он выбивал еще один электрон, который тоже разгонится полем и выбьет еще один, и т. д. Образуется электронная лавина, летящая от кончика иглы. Положительные ионы притягиваются к отрицательно заряженной игле, разгоняются полем и бомбардируют металл, выбивая дополнительные электроны. Электроны же, соединяясь с нейтральными молекулами, образуют поток легких отрицательных аэроионов, разлетающихся от кончика иглы по направлению силовых линий электрического поля. Ионная бомбардировка поставляет, вероятно, основную долю первичных электронов.

Чтобы электроны и ионы разгонялись до энергий, достаточных для ионизации, разность потенциалов поля на длине свободного пробега должна составлять 12... 13 В. Это означает, что напряженность поля Е = dU/dl должна быть 12 В/0,25 мкм = 50 МВ/м (мегавольт на метр!). Это огромное значение напряженности поля смущать не должно - оно действительно получается в реальных ионизаторах.

Описанная лавинная ионизация сопровождается и другими интересными явлениями. Некоторые атомы получают от соударений с электронами и ионами энергию, недостаточную для ионизации, но переводящую атом в возбужденное состояние (электроны возбужденных атомов переходят на более высокие орбиты).

Все в мире стремится к равновесию, и очень скоро возбужденный атом, переходя в основное (равновесное) состояние, сбрасывает излишек энергии в виде кванта электромагнитного излучения. Энергия квантов инфракрасного (теплового) излучения менее примерно 2 эВ, видимого (светового) - 2...4 эВ, кванты с большей энергией относятся к ультрафиолетовому диапазону. Все эти излучения небольшой интенсивности присутствуют при ионизации газов.

Кванты видимого излучения (фотоны) создают на кончиках игл свечение, которое можно наблюдать в абсолютной темноте, лучше с помощью микроскопа, в виде очень красивой голубоватой звездочки. Считается общепринятым, что свечения игл у хорошего ионизатора не должно быть, но, по-видимому, слабое свечение имеется всегда, а размеры звездочки очень малы.

Движение ионов в воздухе обусловлено несколькими причинами. Диффузия вызвана тем же тепловым движением молекул. Благодаря диффузии разные газы в одном объеме перемешиваются, запахи распространяются довольно быстро, а температура выравнивается. Скорость диффузии какого-либо газа, частиц, молекул или ионов пропорциональна градиенту концентрации, или степени изменения их числа с расстоянием. Это и приводит к выравниванию концентрации по всему объему с течением времени. В воздухе скорость диффузии обычно очень невелика и измеряется сантиметрами в секунду.

Гораздо быстрее легкие ионы движутся под действием электрического поля. Скорость иона в электрическом поле определяется его подвижностью: v = и·Е. Так, например, легкий отрицательный ион молекулярного кислорода, имея подвижность 1,83 см2/Вс, приобретает скорость около 2 м/с при напряженности поля чуть выше 10 кВ/м. Ионы движутся строго по силовым линиям поля, и нарисовав картину силовых линий в помещении, мы получаем и картину ионных потоков.

Если имеется упорядоченное движение всех молекул (ветер, сквозняк, струя от вентилятора), то ионы, разумеется, увлекаются этим потоком и движутся вместе с ним. Это движение накладывается на движение под действием поля по обычным правилам векторного сложения скоростей.

В то же время, из-за частых столкновений, ионы рекомбинируют - при столкновении отрицательного и положительного ионов электрон переходит от одного к другому и образуются два нейтральных атома или молекулы. Притягивая нейтральные молекулы, легкие ионы "утяжеляются" и превращаются в средние. В результате их концентрация со временем уменьшается. Среднее время жизни легкого отрицательного иона оценивается десятками секунд [3]. Отсюда следует, что ионы в замкнутом помещении невозможно запасти "впрок", и не правы те, кто считает, что, включив ионизатор на полчасика перед сном, они всю ночь будут дышать ионизированным воздухом. Лучше, если ионизатор будет работать постоянно, но с небольшой производительностью, чтобы создавать не слишком высокую, оптимальную концентрацию ионов.

Концентрация поля на иглах. Для создания или хотя бы оценки картины поля около ионизатора и в окружающем пространстве задачу удобно разбить на две: рассчитать "микрополе" на кончике иглы, а затем, рассматривая всю конструкцию ионизатора как единый электрод, составить представление о "макрополе" во всем объеме помещения. Таким приемом часто пользуются в электродинамике, "сшивая" (приравнивая) поля на границе рассматриваемых областей. Начнем с иглы.

Со времен М. Фарадея известно, что силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны проводящей поверхности (как и любым эквипотенциальным поверхностям), нигде не прерываются, начинаясь на положительных зарядах и заканчиваясь на отрицательных. Они могут уходить или приходить из бесконечности, что для закрытых помещений невозможно. Напряженность поля прямо пропорциональна густоте силовых линий, а у поверхности - поверхностной плотности заряда.

Пользуясь этими правилами, изобразим картину силовых линий у кончика иглы с радиусом закругления r (рис. 3).

Физика аэроионизации

Условно показано, что каждая силовая линия кончается на заряде (-). Видно, что и силовые линии, и заряды концентрируются у кончика иглы, где структура поля такая же, как и у шара радиусом г. Воспользуемся известными из общего курса физики формулами для напряженности поля и потенциала сферы с зарядом q: Е = q/4πεε0r2, U = q/4πεε0r. Исключая заряд q и диэлектрические проницаемости εε0 получаем Е = U/r, что совпадает с результатом более строгого вывода [5].

Оказывается, что в создании достаточного для ионизации поля участвует не только потенциал на игле, но и ее острота. Так, на кончике иглы с радиусом закругления 10 мкм = 10-5 м уже при напряжении U = 1 кВ возникает очень сильное поле с напряженностью 108В/м. Это вполне согласуется с экспериментальными результатами [6], когда заметный ионный ток наблюдался при довольно низких напряжениях и больших расстояниях между электродами.

Истечению зарядов, вероятно, помогает и микроструктура металла. На рис. 4 приведено изображение предварительно отполированной, а затем подвергнутой ионной бомбардировке поверхности монокристалла меди, снятое растровым электронным микроскопом с увеличением 3000 [2]. Вероятно, на краях этих впечатляющих "пиков" и "кратеров" напряженность микрополя должна сильно возрастать.

Физика аэроионизации

Поле в помещении. По мере удаления от кончика иглы напряженность поля быстро падает (обратно пропорционально квадрату расстояния, пока поле еще можно считать сферическим), и на расстоянии 1 см в нашем примере (U = 1 кВ, r = 10 мкм) оно составило бы всего 100 В/м. Очевидно, что это не так, и здесь мы уже попадаем в область макрополя, поэтому надо руководствоваться другими соображениями.

Пусть, например, "классическая" "люстра Чижевского" висит на высоте h над хоть и плохо, но проводящим столом больших размеров (рис. 5).

Физика аэроионизации

С некоторой натяжкой поле между люстрой и столом посчитаем однородным (силовые линии параллельны). Тогда Е = U/h, и положив U = 30 кВ и h = 1,5 м, получаем Е = 20 кВ/м. Здесь впору обратиться к "Санитарным Правилам и Нормам" Госкомсанэпиднадзора [7]! Они допускают работу персонала электрических подстанций при такой напряженности поля не более 5 часов, а в течение всего рабочего дня допустима напряженность поля менее 15 кВ/м и плотность ионного тока не более 20 нА/м2.

Последнюю можно измерить, включив между проводящей пластиной, положенной на верхнюю поверхность стола, и положительным выводом источника питания люстры микроамперметр, затем поделив "ток с листа" (по выражению А. Л. Чижевского) на его площадь. По приведенным оценкам люстра работает на пределе допустимого и в оригинальном виде годится скорее для больших залов, а не для жилых комнат.

Об этом же говорят данные о концентрации ионов, полученные автором экспериментально при работе ионизатора "Элион-135" (завод "Диод", выпуск 1995 г.). Оценка производилась по скорости заряда и разряда электроскопа и дала значение концентрации порядка 300 000 ионов/см3 на расстоянии около 2 м от ионизатора. "Ток с листа" площадью 0,5 м2, лежащего на расстоянии 1,7 м под "люстрой", составил порядка 60 нА, что дает плотность тока вшестеро больше допустимой. Видимо, учитывая столь высокую производительность, в приборе предусмотрен импульсный режим работы.

Разумеется, закон Ома никто не отменял, и ионный ток должен вернуться на положительный полюс источника питания. Проводимость стен, пола и потолка вполне достаточна для прохождения микроскопического ионного тока. Эквивалентное сопротивление находим, разделив напряжение на "люстре" на ее ток. Допустим, что в рассматриваемом примере ток "люстры" составляет 1 мкА, тогда эквивалентное сопротивление составит 30 кВ/1 мкА = 30 ГОм. "Обратным проводом" являются арматура железобетонных стен, скрытая проводка и вообще любой объемный, хотя и изолированный объект, обладающий достаточной емкостью, чтобы "поглотить" слабый ионный ток. При этом объект будет заряжаться отрицательно.

Попытка изобразить картину силовых линий вокруг "люстры" в пустой комнате предпринята на рис. 6.

Физика аэроионизации

Силовые линии гуще там, где меньше расстояние до стен или потолка. Там выше напряженность поля и туда устремляются ионы. "Время в пути" у них от силы несколько секунд, и для вас они по большей части бесполезны. Что делать? Опустить "люстру" пониже, чтобы она была ближе к полу, чем к потолку, и как можно дальше от окружающих предметов, затем встать, сесть или лечь под нее. Тогда поток ионов устремится преимущественно к вам.

Пыль и аэрозоли. Мелкие, хорошо изолированные предметы - частички пыли, дыма, капельки воды и т. д. - довольно быстро электризуются в поле ионизатора. Процесс идет так: нейтральная частичка сначала поляризуется, т. е. положительные заряды скапливаются на стороне, обращенной к ионизатору, а отрицательные - на противоположной (см. рис. 3). Первые притягиваются сильнее (они ближе), чем вторые отталкиваются, поэтому частица полетит к ионизатору, оставаясь нейтральной.

Но навстречу движется поток ионов, которые скоро скомпенсируют положительный заряд, в результате вся частица зарядится отрицательно. Теперь она полетит по силовой линии от ионизатора, и осядет там, где линия кончается. Надо ожидать, что со временем на потолке и обоях останутся пятна от осевшей пыли, и понадобится ремонт. Иногда на стенах и потолке очень рельефно проявляется рисунок внутренней арматуры. Такие нежелательные явления говорят, во-первых, о неправильной установке ионизатора, а во-вторых, о том, что он включался не в чистом воздухе.

В заключение хочется пожелать экспериментаторам удачи, пациентам - здоровья, а читателям, осилившим эту статью, - того и другого, с выражением надежды, что и они выскажут свои пожелания и соображения по затронутым вопросам.

Литература

  1. Санитарно-гигиенические нормы допустимых уровней ионизации воздуха производственных и общественных помещений. - Минздрав СССР, 1980.
  2. Физический энциклопедический словарь. - М.: Сов. Энциклопедия, 1983.
  3. Чижевский А. Л. Аэроионы и жизнь. - М.: Мысль, 1999.
  4. Поляков В. Кошка - электростатический генератор. - Радио, 2001, № 3, с. 56.
  5. Калашников С. Г. Электричество. - М.: Наука, 1985.
  6. Поляков В. "Поющий" тихий разряд. - Радио, 2001, № 8, с. 55, 56.
  7. Допустимые уровни напряженности электростатических полей и плотности ионного тока для персонала подстанций и ВЛ постоянного тока ультравысокого напряжения. - М.: Госкомсанэпиднадзор РФ, 1993.

Автор: В.Поляков, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

журналы Elektor Electronics 2017 (архив за год)

журналы Техника - молодежи 1984 (архив за год)

книга Монтаж проводов линий электропередачи на штыревых изоляторах. Дуткин Г.С., 1965

книга Отыскание неисправностей и ремонт телевизоров. Ельяшкевич С.А., 1968

статья Габаритные огни инопланетян

статья Применение петлевых вибраторов в транковой радиосвязи

сборник Архив схем и сервис-мануалов мобильных телефонов Maxon

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Имя:

E-mail (не обязательно):

Комментарий:

[lol][;)][roll][oops][cry][up][down][!][?]