Wiatr jonowy
Wiatr jonowy , wiatr jonowy , wiatr koronowy lub wiatr elektryczny to przepływ powietrza wywołany siłami elektrostatycznymi związanymi z wyładowaniami koronowymi powstającymi na końcach niektórych ostrych przewodników (takich jak ostrza lub ostrza) poddanych działaniu wysokiego napięcia względem ziemi. Wiatr jonowy jest elektrohydrodynamicznym . Generatory wiatru jonowego można również uznać za pędniki elektrohydrodynamiczne .
Termin „wiatr jonowy” jest uważany za mylący z powodu błędnego przekonania, że w zjawisko to były głównie zaangażowane tylko jony dodatnie i ujemne. Badanie z 2018 roku wykazało, że elektrony odgrywają większą rolę niż jony ujemne w okresie napięcia ujemnego. W rezultacie termin „wiatr elektryczny” został zaproponowany jako dokładniejsza terminologia.
Zjawisko to jest obecnie wykorzystywane w samolocie jonowym MIT , pierwszym samolocie półprzewodnikowym, opracowanym w 2018 roku.
Historia
B. Wilson w 1750 roku zademonstrował siłę odrzutu związaną z tym samym wyładowaniem koronowym, a prekursorem silnika jonowego był wiatraczek z wyładowaniem koronowym. Wyładowanie koronowe ze swobodnie obracającego się ramienia wiatraczka z końcami wygiętymi w ostre punkty nadaje powietrzu ładunek przestrzenny, który odpycha ostrze, ponieważ biegunowość jest taka sama dla ostrza i powietrza.
Francis Hauksbee , kustosz instrumentów dla Royal Society of London , sporządził najwcześniejszy raport o wietrze elektrycznym w 1709 roku. Myron Robinson ukończył obszerną bibliografię i przegląd literatury podczas odrodzenia zainteresowania tym zjawiskiem w latach pięćdziesiątych.
W 2018 roku naukowcy z Korei Południowej i Słowenii wykorzystali fotografię Schlierena do eksperymentalnego ustalenia, że elektrony, oprócz jonów, odgrywają ważną rolę w generowaniu wiatru jonowego. Badanie było pierwszym, które dostarczyło bezpośrednich dowodów na to, że elektrohydrodynamiczna odpowiedzialna za wiatr jonowy jest spowodowana oporem naładowanych cząstek, który występuje, gdy elektrony i jony odpychają neutralne cząstki.
W 2018 roku zespół naukowców z MIT zbudował i oblatał pierwszy w historii prototypowy samolot napędzany wiatrem jonowym, MIT EAD Airframe Version 2 .
Mechanizm
Ładunki elektryczne netto na przewodnikach, w tym lokalne rozkłady ładunków związane z dipolami, znajdują się całkowicie na ich zewnętrznej powierzchni (patrz klatka Faradaya ) i mają tendencję do skupiania się bardziej wokół ostrych punktów i krawędzi niż na płaskich powierzchniach. Oznacza to, że pole elektryczne generowane przez ładunki na ostrym punkcie przewodzącym jest znacznie silniejsze niż pole generowane przez ten sam ładunek znajdujący się na dużej gładkiej kuli przewodzącej. Kiedy ta siła pola elektrycznego przekracza to, co jest znane jako gradient napięcia początkowego wyładowania koronowego (CIV), jonizuje powietrze wokół końcówki, a na końcówce przewodzącej widać w ciemności mały, słaby fioletowy strumień plazmy . Jonizacja pobliskich cząsteczek powietrza powoduje powstawanie jonów cząsteczki powietrza mające taką samą polaryzację jak naładowana końcówka. Następnie końcówka odpycha podobnie naładowaną chmurę jonową, a chmura jonowa natychmiast rozszerza się w wyniku odpychania między samymi jonami. To odpychanie jonów tworzy elektryczny „wiatr”, który emanuje z końcówki, któremu zwykle towarzyszy syczący dźwięk spowodowany zmianą ciśnienia powietrza na końcówce. Na końcówkę działa przeciwna siła, która może odskoczyć, jeśli nie jest mocno osadzona na ziemi.
Bezłopatkowy generator wiatru jonowego wykonuje funkcję odwrotną, wykorzystując wiatr otoczenia do przemieszczania jonów, które są gromadzone, dając energię elektryczną.
Zobacz też
- Jonizator powietrza
- Silnik jonowy
- Ionocraft
- Siłownik plazmowy
- Ster strumieniowy z efektem Halla
- Napęd magnetohydrodynamiczny
- Silnik magnetoplazmadynamiczny
- Impulsowy ster strumieniowy indukcyjny
- Napęd elektryczny z emisją polową
- Napęd statku kosmicznego
- Lista artykułów dotyczących plazmy (fizyki).
- Wentylator półprzewodnikowy
- ^ Zyga, Lisa (7 lutego 2018). „Co powoduje wiatr jonowy?” . Phys.org . Źródło 27 sierpnia 2018 r .
- Referencje _
- ^ Demo 41-06 Pinwheel - Encyklopedia wideo demonstracji fizyki zarchiwizowana 16.04.2014 w Wayback Machine
- ^ Wiatraczek elektrostatyczny: Van de Graaff wprawia w ruch wiatraczek - Demonstracje wykładów - UC Berkeley Physics
- ^ Zabawa z elektrycznością statyczną, Elliott County 4H - Science Fun, Inc. - Alan Kuehner (w stanie spoczynku) Brookhaven National Laboratory
- ^ Wiatraczek elektrostatyczny - rezerwacja demonstracyjna Uniwersytetu Indiana
- ^ Elektrostatyczny wiatraczek, europejski, koniec XIX wieku - The Bakken - biblioteka i muzeum elektryczności w życiu zarchiwizowane 16.04.2014 w Wayback Machine
- ^ Robinson, M. (1962, maj). Historia elektrycznego wiatru. American Journal of Physics , 30 (5), 366-372.
- ^ Robinson, M. (1960, 8 czerwca). Ruch powietrza w wietrze elektrycznym wyładowania koronowego. (AD0262830)
- ^ Chu, Jennifer (21 listopada 2018). „Inżynierowie MIT latają pierwszym w historii samolotem bez ruchomych części” . Wiadomości z MIT . Źródło 21 listopada 2018 r .