Бесплатная техническая библиотека

Подводная молния. Детская научная лаборатория

Справочник / Детская научная лаборатория

 Комментарии к статье

Рассказывают, что в конце 1940-х годов прошлого века студент Лева Юткин пережидал грозу на берегу озера. Внезапно молния ударила в воду, подняв к небу огромный фонтан, окативший юношу с головы до ног. Дивное явление запомнилось. Школьный учитель дал Леве небольшую электростатическую машину, и студент не пожалел нескольких лет, чтобы экспериментально воспроизвести увиденное.

Казалось бы все просто: один провод бросить в сосуд с водой, другой поднести к ее поверхности да покрутить рукоятку машины. Но и первая, и сотая искра никакого эффекта не дали...

А потом получилось. Небольшой аквариум вдруг негромко раскололся на несколько больших кусков, и вода хлынула в комнату. Этот успех и определил дальнейшую жизнь Юткина-изобретателя.

Оказалось, если правильно провести электрический разряд в воде, да еще использовать для этого источник энергии помощнее, чем школьная электростатическая машина, то получался мощный взрыв. Его сила разрушала любые материалы. Все говорило о давлениях в тысячи и десятки тысяч атмосфер. Не удивительно, что в 1950 г. оду Л.А.Юткин совместно со своей супругой Лидией Александровной Гольцовой подает заявку на "Способ получения высоких и сверхвысоких давлений". Заявка увенчалась авторским свидетельством, правда, через семь лет... (Впоследствии Л.А.Юткин и Л.А.Гольцова сделали еще около 150 изобретений!)

Во время электрического разряда в воде происходят сложные процессы. На первой его стадии, длящейся микросекунды, образуется плазменный канал с температурой до 40000° С. Плазма расширяется со скоростью, соизмеримой со скоростью звука в воде (1410 м/с). Так образуется первая ударная волна и полость, наполненная раскаленным паром и газом, которая постепенно заканчивает свое расширение, затем начинает пульсировать и в конце концов схлопывается.

Возникает кумулятивный эффект, похожий на тот, что используется в бронебойных снарядах. Возникающее на этой стадии давление, по оценкам ученых, может достигать 450 тысяч атмосфер. Неудивительно, что нет материалов, способных устоять в воде перед электрической искрой.

Отметим, что электрические разряды в воде наблюдали еще в XIX веке. Но ученые не увидели в них ничего примечательного. А Л.А.Юткин обнаружил много интересного. Потому весь круг явлений, связанных с электрическим разрядом в воде и других жидкостях, принято называть электрогидравлическим эффектом (ЭГЭ), или эффектом Юткина.

В ЭГЭ до 30-80% электрической энергии переходит в механическую работу, а тепла порою выделяется значительно, в 2-3 раза, больше. Причина - в процессах, происходящих в моменты схлопывания полости. К сожалению, мы мало о них знаем. Основная их часть происходит, когда полость уменьшается до размеров, не различимых ни в один микроскоп. К тому же и длится наиболее интересный этап схлопывания много меньше, чем миллиардная доля секунды. Тем не менее, недостаток теоретических знаний не мешает практическому применению эффекта Юткина.

Прежде всего, это дробление самых различных материалов, начиная от простого превращения каменных глыб в щебень. Так, при реконструкции одного из мостов в Москве старые бетонные детали при помощи электрических разрядов превратили в крошку, которую пустили на изготовление новых.

Но есть процессы дробления более тонкие. На поверхности стальных деталей, отливаемых в земляную форму, остается прочно въевшийся в нее слой земли и окалины. Удаление его крайне трудоемко, если не применять ЭГЭ. А если им воспользоваться, то процесс оказывается крайне простым. Детали кладут в ванну, несколько ударов подводной молнии - и их поверхность чиста.

Эффект Юткина позволяет не только крушить, но и созидать. Вот как, например, с его помощью штампуют детали из металлического листа. Сначала делают матрицу - деталь, обратную по форме той, которую хотят получить. Ее помещают на дно ванны, сверху прочно прижимают лист металла и откачивают из-под него воздух. Затем сверху наливают воду, и в ней производят разряды. Лист металла прогибается и точно заполняет всю поверхность матрицы.

Надо сказать, что листовую штамповку можно производить и множеством других способов, например, давлением масла или ударом молота по слою резины. Но тут необходимо применять особо пластичный и мягкий металл, значит, деталь получается непрочной. Эффект Юткина позволяет штамповать детали из хрупких и прочных металлов, и деталь получается очень прочной.

Способен ЭГЭ и бурить. Бур Юткина состоит из пластмассового стержня с электродом внутри и коронки из любого металла, например, меди. И коронка, и стержень неподвижны, вращается только легкий проволочный электрод. Через еще один из каналов в стержне подается вода. При каждом повороте электрода зубцы неподвижной коронки обегает множество искр, дробящих в пыль лежащую внизу породу, а вода уносит ее на поверхность. И нет пород, которые могут устоять перед таким буром.

Однажды Л.А.Юткин и Л.А.Гольцова подвергли ЭГ-ударам обычную почву, продувая через нее воздух. Дело в том, что содержащиеся в ней минеральные соли поступают к корням растений, в основном, с поверхности ее частиц. Микромолнии раздробили их, поверхность увеличилась, и большая часть содержащихся в почве солей стала доступна корням растений. Более того, содержащийся в воздухе азот перешел в форму химических соединений, доступных растениям. Обычная земля превратилась в прекрасное экологически чистое удобрение!

Об эффекте Юткина можно говорить еще долго, но лучше его попробовать своими руками. Главное - источник высокого напряжения, способный создавать резкие, быстро нарастающие импульсы. В промышленных установках для этого применяется высоковольтный трансформатор на 30-60 кВ, который через выпрямитель заряжает конденсатор. Однако сделать такой источник питания очень трудно, да и работать с ним опасно.

Самый простой способ - это поступить так же, как и сам Юткин: начать опыты с небольшой школьной электростатической машиной, которая может дать около 30000 В. С ней вам предстоит собрать цепь, состоящую из двух воздушных разрядников и электродов, укрепленных на дне ванны. Но вначале нужно привести в полный порядок саму электростатическую машину - разобрать и тщательно очистить от пыли.

Внимание! Все работы с электрической машиной опасны! Их можно вести только в присутствии взрослых!

Для нас очень важны стоящие на ее подставке два высоковольтных конденсатора типа "лейденская банка". Они представляют собою стаканы, оклеенные фольгой. Их следует очищать от пыли особенно тщательно, стараясь при этом не повредить фольгу, которая является обкладкой конденсаторов: пыль при высоких напряжениях неплохой проводник. Замыкая ток, вырабатываемый машиной, она не позволит набрать высокое напряжение.

Следует также обратить внимание на маленькие медные щеточки - токосъемники. Их нужно очистить от темного налета окислов. И наконец, электростатическую машину нужно хорошо просушить. Для этого поставьте ее на сутки возле горячего калорифера. После этого она начнет так работать, что вы ее не узнаете. Искры будут большие, звонкие и частые. Теперь приступаем к получению электрогидравлического эффекта.

Вам понадобится ванна с прозрачными стенками. Стеклянный сосуд не годится - он не выдержит гидравлический удар. Лучше взять нижнюю часть от пятилитровой пластиковой бутыли.

Ее следует соединить с электростатической машиной при помощи высоковольтного провода, наподобие того, что применяется в системе зажигания автомобиля. Для формирования импульса необходимо сделать два разрядника. Каждый из них представляет собой укрепленные на куске пластмассы шарики диаметром по 15-20 мм. Их можно найти среди старых школьных приборов. Разрядники отрегулируйте так, чтобы расстояние между шарами равнялось 15-20 мм.

На дне ванны укрепите разрядные электроды. Их роль выполняют зачищенные концы высоковольтного провода. Расстояние между ними 50-80 мм. После этого наливаете в вашу ванну воду - и начинайте эксперименты.

Автор: А.Ильин

 Рекомендуем интересные статьи раздела Детская научная лаборатория:

▪ Фонтан в комнате

▪ Волшебная лампа

▪ 

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Управление снами для решения важных задач 01.03.2026

Сны на протяжении веков привлекали внимание философов, психологов и ученых, вызывая вопросы о том, насколько они отражают нашу реальность и могут ли влиять на мышление. Новое исследование нейробиологов из Northwestern University показывает, что содержание человеческих сновидений можно частично направлять, а фаза быстрого сна (REM) играет ключевую роль в творческом мышлении и поиске нестандартных решений. В эксперименте ученые использовали метод целенаправленной реактивации памяти (TMR). Пока участники спали, им подавали звуки, ассоциированные с головоломками, предложенными им ранее. Сигналы включались только после подтверждения мозговой активности, указывающей на фазу быстрого сна. В результате 75% испытуемых сообщили о появлении во сне образов или идей, связанных с нерешенными задачами. При этом головоломки, "проникшие" в сновидения, решались значительно чаще: 42% против 17% у задач, которые не фигурировали во сне. Исследователи подчеркивают, что это не прямое доказательство тог ...>>

Новый томат с повышенным содержанием витамина A 28.02.2026

Проблема дефицита витамина A остается одной из глобальных задач здравоохранения, особенно в регионах с ограниченным доступом к разнообразной пище. Недавние достижения биотехнологий позволяют создавать продукты, способные существенно улучшить питание населения, и одним из таких примеров стал новый томат, обогащенный витамином A. Исследователи из Университета Флориды разработали сорта томатов с повышенным содержанием бета-каротина - вещества, которое организм преобразует в витамин A. Работа была выполнена Джингвеем Фу, Дениз Тиеман и Баллой Ратиноспати в Институте пищевых и аграрных наук UF/IFAS. Созданные помидоры отличаются существенно более высоким уровнем бета-каротина по сравнению с обычными сортами, а также с продуктами, традиционно богатыми этим соединением, такими как сладкий картофель и капуста. По словам профессора Ратинасабапати, регулярное употребление всего 50-100 граммов этих обогащенных томатов может покрыть суточную потребность человека в витамине A, что делает их п ...>>

Случайная новость из Архива Мозг объединяет воспоминания 22.07.2015 Около 10 лет назад нейробиологи обнаружили странный феномен: некоторые нейроны в человеческом мозге активировались только в ответ на конкретный образ. Те исследования выполнялись на пациентах, больных эпилепсией, которым вводили электроды в кору мозга, чтобы узнать, какой участок отвечает за болезнь. Одновременно можно было выполнять научные эксперименты (разумеется, на добровольной основе). Когда человеку с электродом в голове показывали фотографию какой-нибудь знаменитости, вроде актрис Дженнифер Энистон или Джулии Робертс, или же некую сцену из мультфильма, то в ответ можно было видеть активность определенных нервных клеток, причем нейрон "Дженнифер Энистон" молчал на фотографии Джулии Робертс. Такие нервные клетки находились в участке мозга, захватывающей гиппокамп, который, как известно, служит у нас главным центром памяти. Дальнейшие эксперименты показали, что в мозге действительно есть клетки, отвечающие за узнавание различных объектов, человеческих лиц и т. д. Таких клеток для каждого объекта выделены не одна и не две, а порядка тысячи, если не больше, однако они могут отстоять друг от друга слишком далеко, чтобы нейробиологи могли заметить их все сразу. Причем, что важно, эти клетки отличают важные признаки от второстепенных: например, на знаменитую персону они реагируют независимо от того, во что одета знаменитость и какая у нее прическа. Однако в некоторых случаях, когда человеку показывали знакомый объект в новом контексте, такие нейроны молчали. В то же время наши воспоминания ведь никогда не состоят из отдельно стоящих объектов. Например, мы можем вспомнить нашего знакомого в ситуации, когда он пришел к нам в гости, или когда мы встретили его на улице - очевидно, что тут есть два разных места, улица и дом, для которых выделены свои нейроны, и они должны как-то взаимодействовать с клетками, отвечающими за образ человека. И вообще, мы запоминаем целые цепочки событий, в которых с самыми разными объектами все время что-то происходит - такого рода информация называется эпизодической памятью. Как ведут себя с такой памятью вышеописанные специфические нейроны, попытались выяснить Ицхак Фрид (Itzhak Fried) (один из тех, кто открыл такие клетки) из Калифорнийского университета Лос-Анджелесе и его коллеги из Университета Лестера. Добровольцами в их опытах опять послужили пациенты-эпилептики, которым ввели электроды в кору мозга - им показывали от ста до двухсот самых разных изображений: среди них были места, которые нравились самым участникам эксперимента, и портреты знаменитостей, и известные архитектурные сооружения, вроде Пизанской башни, и другие элементы ландшафта. У каждого человека (а было их 14) удалось записать активность 600 клеток, и среди них можно было выделить группы от 2 до 28, которые вместе реагировали, по меньшей мере, на одно изображение. Затем картинки поменяли так, чтобы персонаж и фон у них не совпадали по нейронной активности, например, актера Клинта Иствуда комбинировали с Пизанской башней - зная, что нейроны, отвечающие за известного человека, никак не реагируют на известное архитектурное сооружение. После того, как участники эксперимента просмотрели такие коллажи, они должны были пройти серию тестов на память: например, им нужно было собрать виденный коллаж из раздельных фото - то есть к фотографии Клинта Иствуда подобрать фото Пизанской башни. Целью исследователей было понять, что при этом будет происходить с нейронами специфического ответа. В статье в Neuron они пишут, что уже после первого раза клетки понимали, что перед ними "их объект", просто в новых условиях, и даже отвечали на его новую, модифицированную версию с большей активностью. "С первого раза" значит, что достаточно было один раз показать комбинированную картинку, чтобы специальные нейроны запомнили свой объект во взаимосвязи с новым окружением. На самом деле, можно было ведь ожидать, что у мозга есть способ превратить отдельные объекты в непрерывную цепочку воспоминаний. Особенность же новой работы в том, что авторам удалось показать изменения в работе высшей нервной системы на нейронном уровне - и главное здесь то, что появление новой ассоциации, необходимость связать привычный объект с новыми условиями сказывается на активности единичных нейронов. Очевидно, комбинируя активность различных групп специальных нейронов, отвечающих каждая за свой образ, мозг в состоянии запомнить уникальное событие в нашей жизни, которого не было в прошлом и которое не повторится в будущем.

Другие интересные новости:

▪ Моноблочный компьютер Acer Aspire Z3-600

▪ Камкодер-брелок Philips кеу019

▪ Биосенсор для высокочувствительного обнаружения молекул

▪ От любви растут нервы

▪ Или рыба, или хлеб

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Важнейшие научные открытия. Подборка статей

▪ статья Стрижено или брито. Крылатое выражение

▪ статья Какой народ хоронит младенцев в деревьях? Подробный ответ

▪ статья Аквилегия. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Регистратор солнечной энергии. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Клад на тарелке. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026