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

▪ МГД генератор

▪ Мини-микроскоп

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Впервые получен синтетический человеческий прион 09.06.2018 Прионы - это белковые молекулы, даже не вирусы и тем более не хищники, но они - одни из самых опасных и коварных вещей, знакомых человеку. Попадая в организм, они вызывают необратимые и фатальные изменения в структуре головного мозга; отбросив научные тонкости, можно сказать, что из-за них мозг превращается в губку. За несколько лет прионы разъедают мозг, иногда - целиком, иногда - только некоторые его отделы; так, прионы, вызывающую наследственную фатальную бессонницу, разрушается таламус - отдел мозга, отвечающий, в том числе, за сон; на пике болезни больные вообще не в состоянии заснуть и погибают от истощения нервной системы. О прионных болезнях известно немного - к счастью, они довольно редки. Чаще всего они развиваются произвольно (в 90% случаев), около 10% передается по наследству, еще 1% приходится на заражение от животных или во время медицинских процедур. Способов лечения не существует; известно, что все прионы млекопитающих - это дефектные формы белка PrPC, который кодируется геном PRNP, однако структура этих форм плохо изучена, и ученые до сих пор точно не знают, как прионные формы связываются в мозге и вызывают патологические изменения. Большая часть исследований проводилась на прионах грызунов - лабораторных мышей, хомяков и крыс; вероятно, по этой причине неудачей закончились испытания терапевтических методик, основанных на этих исследованиях. Одно из главных затруднений, с которым сталкиваются ученые, изучающие прионы - это сложность выделения объекта изучения. Были попытки внести мутацию, отвечащую за развитие прионных болезней у грызунов, в геном безвредных бактерий и заставить последние синтезировать прионы; однако недавние исследования показали низкую эффективность этого метода. Человеческие же прионы до сих пор вообще не удавалось получить in vitro. Ученые исследовали реакцию нормального человеческого белка PrPC и прионов - возбудителей болезни Крейтцфельдта - Якоба в присутствии нового фермента. Сравнив структуру полученных таким образом прионов с тем, что были получены из организма пациента, ученые убедились в том, что синтезированные ими прионы идентичны тем, что вызвали болезнь у человека. У мышей, получивших инъекции синтетических прионов, патологические нарушения структуры мозга обнаружились уже через 200 с небольшим дней после укола; в статье ученые отмечают, что им удалось получить "особенно нейротоксичный" белок. Получив с помощью своей методики достаточное количество прионной формы белка, ученые установили, какие части дефектной молекулы важны для репликации белка в живом организме, и какие отвечают за связывание с другими молекулами в мозге. Эти знания помогут ученым разобраться в том, как работают прионы, и, возможно, предложить методы лечения прионных болезней.

Другие интересные новости:

▪ Опьянение без алкоголя

▪ Велосипедное колесо очищает воздух

▪ Найден молекулярный путь для критических случаев COVID-19

▪ Новый магнитный материал для квантовых вычислений

▪ Экологическая упаковка из томатной ботвы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Передача данных. Подборка статей

▪ статья Еже писах, писах. Крылатое выражение

▪ статья Чем для нас полезна вода? Подробный ответ

▪ статья Ушиб. Медицинская помощь

▪ статья Антирадар. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Тонкомпенсированный регулятор громкости совмещенный с регуляторами тембра. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026