Физика электрической дуги

Физика электрической дуги

Рассмотрим процесс формирования электрической дуги в зоне (D) разрыва электрической цепи (рис. 1). Сразу возникает вопрос: какие потенциалы формируются на концах провода в зоне его разрыва (рис. 1, зона D)?

Поиск ответа на этот вопрос можно начать с анализа экспериментов, в которых один конец разорванного провода соединён с магнитом или находится в зоне действия постоянного магнита определённой полярности.

Считается, что первооткрыватель электродуги, вращающейся в магнитном поле - Никола Тесла.

Идея вращения дуги в магнитном поле принадлежит и российскому учёному Дудышеву В. Д.

Подобные опыты были повторены им совместно с Писковатским А. И. в экспериментальной лаборатории г. Speyer (ФРГ). На рис. 2. показана схема эксперимента, в котором плюс подключён к магниту, а минус - к игольчатому электроду.

Эта система помещается в стеклянную ёмкость, из которой откачивается воздух. В результате при изменении напряжения прямолинейность электрической дуги в образовавшемся зазоре изменяется незначительно, а цвет меняется.

Рис. 1. Схема для иллюстрации знаков в зоне (D) разрыва провода

Рис. 2. - Схема электрической дуги между игольчатым электродом и северным полюсом магнита, помещённых в вакуум, при последовательном увеличении напряжения

Тонкая форма дуги свидетельствует о том, что её формируют линейные кластеры электронов соединенных друг с другом посредством разноименных магнитных полюсов. Как видно, этот процесс сопровождается излучением электронами фотонов, цвет которых зависит от приложенного напряжения. С увеличением напряжения цвет дуги меняется от красного до голубого и это естественно, так как с увеличением напряжения увеличивается энергия связи между электронами в их кластерах за счёт увеличения массы излучаемых фотонов, что и приводит к указанной закономерности изменения цвета дуги.

Однако, если аналогичный эксперимент провести на открытом воздухе (рис. 3), то форма и поведение электрической дуги резко меняются.

Игольчатый электрод подключён к плюсовой клемме выпрямителя (рис. 3), а постоянный магнит - к минусовой.

Сразу возникают вопросы: по какой причине линейная дуга (рис. 2), образующаяся в вакууме при взаимодействии с магнитом, превращается в коническую дугу в воздушной среде и почему изменение магнитной полярности (N, S) не меняет форму дуги?

Причина одна. В вакууме (рис. 2) форму дуги формируют фотоны, излучаемые электронами при формировании ими линейного кластера. В воздушной среде в процесс формирования электрической дуги включаются ионы химических элементов воздуха.

Поскольку воздух имеет влажность, то главным из этих ионов является ион гидроксила , состоящий из атома водорода и атома кислорода. Эти ионы также могут формировать кластеры совместно с электронами, выходящими из электрода и со свободными электронами воздуха.

На рис. 4, а показана схема эксперимента по определению направления движения электронов в электрической цепи с помощью отклонения стрелок компасов.

Как видно, стрелки компасов 1 и 2, рассоложенных по обе стороны от разрыва (зона D) электрической цепи, отклоняются в одну (правую сторону).

Важно обратить внимание на то, что провод с разрывом электрической цепи сориентирован с юга на север и компас положен на провод. В этом случае в соответствии с рис. 133, 1 и 4 северные магнитные полюса электронов, в этом участке провода, сориентированы на север, а южные - на юг.

Это значит, что на выходе из верхней части разорванного провода (рис. 1, а, зона D) электроны ориентированы южными магнитными полюсами вниз, что соответствует знаку плюс в существующих представлениях, а в нижней части разорванного провода электроны ориентированы к выходу из него северными магнитными полюсами, что соответствует знаку минус в существующих представлениях.

На рис. 4, b представлен ион с дополнительным осевым электроном 5, присоединившемся к протону Р атома водорода. Как видно (рис. 4, b), магнитные полюса концевых электронов 4 и 5 ионно-электронного кластера контактируют с противоположными магнитными полюсами электронов в нижней и верхней частях разорванного провода.

Благодаря этому электрическая цепь оказывается замкнутой. Конечно, в реальности ионно-электронные кластеры многократно длиннее, но в любом случае на их концах осевые электроны формируют разноимённые магнитные полярности.

Рис. 4. а) - схема эксперимента с разрывом электрической цепи;

b) схема формирования иона в зоне D (рис. 1) разрыва провода

Следующая важная особенность иона - удалённость от его осевой линии шести (1', 2', 3', 4', 5', 6') кольцевых электронов атома кислорода.

Все они создают отрицательный потенциал и если кластеры ионов выстраиваются в ряды между игольчатым электродом и магнитом (рис. 3), то одноимённый электрический потенциал, формируемый кольцевыми электронами (1', 2', 3', 4', 5', 6') атомов кислорода, должен отталкивать их друг от друга по мере удаления от конца провода и ослабления электрической связи с ним.

В результате они образуют конус (рис. 3). Он светится потому, что все электроны, входящие в кластеры из ионов , излучают фотоны в момент установления связей между соседними ионами (рис. 4, b).

Есть основания полагать, что образовавшийся таким образом конус из кластеров ионов при встрече с магнитным полюсом магнита, выполняющего роль электрода, будет вращаться (рис. 5).

Чтобы попытаться найти более или менее достоверную интерпретацию процесса формирования и вращения дуги в магнитном поле кольцевого магнита (рис. 5), обратим внимание на направление магнитных силовых линий кольцевого магнита (рис. 6) и электрона (рис. 7). И у электрона, и у магнита они выходят из северного магнитно полюса N и входят в южный S.

Это значит, что силовые линии магнитных полей северного полюса N магнита (рис. 6) и концевого осевого электрона кластера в момент контакта с корпусом свечи (рис. 5) будут направлены навстречу друг другу и будут сближаться (рис. 7, а) и вращать кластер в одном направлении (против хода часовой стрелки) (рис. 5, 8, b).

Рис. 7. - а) - взаимодействие электрона кластера с северным магнитным полюсом N; b) - взаимодействие электрона кластера с южным магнитным полюсом S

Если магнитную полярность поменять, то магнитные силовые линии концевых электронов ионно-электронных кластеров и магнитов будут направлены в одну сторону (рис. 7, b). В результате направление вращения кластеров изменится на противоположное (рис. 8, c).

Таким образом, если минус подключён к центральному электроду свечи и сверху магнита расположен северный магнитный полюс (рис. 8, a, b), то дуга между центральным электродом и корпусом начинает устойчиво вращаться против хода часовой стрелки (рис. 5 и 8, b).

Если же центральный электрод подсоединён к минусу и сверху (рис. 8, а) расположен южный магнитный полюс кольцевого магнита, то дуга начинает устойчиво вращаться по ходу часовой стрелки (рис. 8, c).

Когда центральный электрод свечи подсоединён к плюсу и сверху расположен северный магнитный полюс (рис. 8, а), то у дуги теряется устойчивость и появляются разрывы, вращение по ходу часовой стрелки (рис. 8, d) неустойчивое или совсем отсутствует.

Если центральный электрод соединить с плюсом и южный магнитный полюс кольцевого магнита разместить сверху (рис. 7, а), то дуги начинает вращаться против часовой стрелки при меньшей скорости развёртки (рис. 8, е).

При этом необходимо учитывать, что при смене электрической полярности электроны могут выходить из корпуса (К) свечи (рис. 8, а) и двигаться к её центральному электроду. В результате вращение электрической дуги в кольцевом магните изменится на противоположное.

Итак, электрическая дуга в магнитном поле и в вакууме имеет линейную форму (рис. 2). В воздушной среде и магнитном поле кольцевого магнита электрическая дуга вращается (рис. 3, 5, 8).

Описанное поведение электрической дуги обусловлено взаимодействием магнитных силовых линий постоянных магнитов и магнитных силовых линий электронно-ионных кластеров, которые формируясь, излучают фотоны и мы видим их в виде плоской электрической дуги или в виде дуги объёмной формы (рис. 3).

Появление звука в виде треска при формировании электрической дуги обусловлено излучением фотонов при формировании ионно-электронных кластеров, а также одновременным переходом кольцевых электронов атомов кислорода (рис. 96, b, 4, b) на нижние энергетические уровни и излучением ими фотонов, размеры которых на 5 порядков (в 100000 раз) больше размеров электронов, которые излучают их.

В результате резко повышается давление воздуха в зоне формирования дуги и возникает явление, подобное микровзрыву, звук которого мы и слышим.

А теперь представим молнии и мощные громовые раскаты в грозу. Молнии между облаками и между облаками и землей формируют линейные ионно-электронные кластеры, а раскаты грома - результат повышения давления в зоне молнии фотонами, излучаемыми электронами при формировании ионно-электронных кластеров.

Причина мгновенного формирования высокого давления воздуха в зоне молнии - разность между размерами электронов и размерами фотонов, излучаемых электронами. Как мы уже отметили, размеры световых фотонов, излучаемых всеми электронами ионно-электронных кластеров, на 5 порядков больше размеров электронов.

В результате рождения фотонов резко повышается давление в зоне молнии, которое формирует гром. Важную роль в этом процессе играют кольцевые электроны атомов кислорода, так как они все сразу излучают фотоны и переходят на нижние энергетические уровни. Такие же кольцевые электроны - главные источники излучаемых фотонов, формируют взрывы всех взрывчатых веществ, в состав которых входят атомы кислорода, азота и углерода.

Бытующее представление о том, что давление в патроне, в корпусе артиллерийского снаряда или в камере сгорания ракетного двигателя формируется только газами - глубоко ошибочно.