Ионный ветер
Ионный ветер (коронный ветер, электрический ветер) — поток заряженных частиц, индуцируемый электростатическими силами, связанными с коронным разрядом, возникающим на кончиках некоторых острых проводников (таких как заостренные точки или лопасти), подвергающихся воздействию высокого напряжения относительно земли.
Ионный ветер — электрогидродинамическое явление. Ионные ветрогенераторы также можно рассматривать как электрогидродинамические двигатели.
Термин «ионный ветер» считается неправильным обозначением из-за неверных представлений о том, что в этом явлении в первую очередь участвуют только положительные и отрицательные ионы. Исследование, проведенное в 2018 году, показало, что электроны играют большую роль, чем отрицательные ионы, в период отрицательного напряжения. В результате в качестве более точной терминологии был предложен термин «электрический ветер»[1].
Это явление сейчас используется в самолете MIT ionic wind plane, первом твердотельном самолете, разработанном в 2018 году.
Следует различать ионный ветер (в газовой и плазменной среде) и электронный ветер (в твёрдой или жидкой среде).
История[править]
Б. Уилсон в 1750 году[2] продемонстрировал силу отдачи, связанную с одним и тем же коронным разрядом, и предшественником ионного двигателя была вертушка коронного разряда. Коронный разряд от свободно вращающегося рычага-вертушки с загнутыми к острым концам концами[3] создает в воздухе пространственный заряд, который отталкивает точку, поскольку полярность точки и воздуха одинакова.
Фрэнсис Хауксби, куратор отдела инструментов Лондонского королевского общества, сделал самое раннее сообщение об электрическом ветре в 1709 году. Майрон Робинсон завершил обширную библиографию и обзор литературы во время возрождения интереса к этому явлению в 1950-х годах.
В 1960-е годы в США изобретатель и авиаконструктор Александр Прокофьев-Северский продолжил изучение этого явления и даже пытался построить свой ионолёт[4]. Его модель могла взлетать и садиться, а также поворачиваться в воздухе. Электричество к аппарату подводилось по специальному кабелю. Однако проблема создания ионолёта, который смог бы летать, заключалась в том, что его силовой установке требовался ток очень высокого напряжения.
В 2018 году исследователи из Южной Кореи и Словении использовали фотографию Шлирена, чтобы экспериментально определить, что электроны и ионы играют важную роль в генерации ионного ветра. Исследование было первым, предоставившим прямые доказательства того, что электрогидродинамическая сила, ответственная за ионный ветер, вызвана сопротивлением заряженных частиц, которое возникает, когда электроны и ионы отталкивают нейтральные частицы.
В 2018 году команда исследователей из Массачусетского технологического института построила и успешно запустила первый в мире прототип самолета, приводимого в движение ионным ветром, MIT EAD Airframe Version 2.
Механизм[править]
Суммарные электрические заряды на проводниках, включая локальные распределения заряда, связанные с диполями, находятся полностью на их внешней поверхности (см. Клетка Фарадея) и имеют тенденцию концентрироваться больше вокруг острых точек и краев, чем на плоских поверхностях. Это означает, что электрическое поле, создаваемое зарядами на острой проводящей точке, намного сильнее поля, создаваемого тем же зарядом, находящимся на большой гладкой сферической проводящей оболочке. Когда эта напряженность электрического поля превышает то, что известно как градиент начального напряжения коронного разряда (CIV), он ионизирует воздух вокруг наконечника, и в темноте на проводящем наконечнике можно увидеть небольшую слабую фиолетовую струю плазмы. Ионизация близлежащей молекулы воздуха приводит к образованию n ионизированных молекул воздуха, имеющих ту же полярность, что и у заряженного наконечника. Впоследствии наконечник отталкивает облако одноименно заряженных ионов, которое немедленно расширяется из-за отталкивания между самими ионами. Это отталкивание ионов создает электрический «ветер», исходящий от наконечника, обычно сопровождающийся шипящим шумом из-за изменения давления воздуха на наконечнике. На наконечник действует противоположная сила, которая может отскочить, если не плотно прилегать к земле.
Безлопастный ионный ветрогенератор выполняет обратную функцию, используя окружающий ветер для перемещения ионов, которые собираются, вырабатывая электрическую энергию.
Применение[править]
Явление находит своё применение в очистителях-ионизаторах воздуха для одновременного создания движения воздуха и его ионизации.
Также производятся попытки создания летательных аппаратов[4] без движущихся частей, где поток воздуха и подъёмная сила создаются ионным ветром.
См.также[править]
Источники[править]
- ↑ Lisa Zyga What causes ionic wind? англ. // phys.org. — 2018.
- ↑ M. C. Gourdine Ph.D. ENGINEERING ASPECTS OF ELECTROGASDYNAMICS англ. // Transactions of the NewYork Academy of Sciences. — 1968.
- ↑ Electrostatic pinwheel:Van de Graaff makes pinwheel spin англ..
- ↑ 4,0 4,1 Виктор Миронов Электрический ветер: как создание ионолёта может изменить современную авиацию рус.. rt.com (22.11.2018).
 | Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Руниверсалис» («Руни», руни.рф) под названием «Ионный ветер», расположенная по адресу:
Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC BY-SA. Всем участникам Руниверсалиса предлагается прочитать «Обращение к участникам Руниверсалиса» основателя Циклопедии и «Почему Циклопедия?». |
|---|