Jacob's Ladder (Jakobov rebrík)


       Je to jednoduchý experiment stúpajúceho elektrického oblúku zdola nahor po elektródach tvaru V. Na experiment je potrebný nejaký VN zdroj (AC/DC) s dostatočným výkonom niekoľko stoviek W. Malo výkonné VN zdroje sú problematické kvôli slabému oblúku čiže (ne)vznikajúcej plazme, oblúk nemusí pekne stúpať až nahor, ale tiež sú niekedy použiteľné ak nie je dostupné nič lepšie (nutnosť precíznejších a rovnejších elektród). Ako už s fotiek vidno sú to 2 drôty (elektródy) vytvarované do písmena V. Pri spodku sú elektródy blízko pri sebe s medzerou primeranou veľkosti napätia použitého VN zdroja a pomaly sa odďaľujú až nahor. Pochopiteľne spodok je riešený vhodne vysoko nad podložkou, aby neostal oblúk dole a „nenalepil“ sa na spodok podložky rebríka. Vhodná výška a uhol elektród závisia len od použitého VN zdroja, výkonu a napätia. Tiež je ideálne použiť na elektródy nejaký vhodne hrubý a pevný materiál, ktorý sa nebude taviť, priveľmi opaľovať, prehýnať a kývať od stúpajúceho oblúku. V najmenšej medzere dole sa zapáli oblúk a stúpa nahor až sa v kritickom mieste teda dĺžke oblúka pretrhne. Zaniká plazma a zároveň sa hneď zapaľuje nový oblúk dole a celý proces sa takto opakuje. Zaujímavé je tiež potom použiť rôzne materiály elektród pre rôzne zafarbenie plazmy oblúka - meď, hliník, železo... Vysoká teplota plazmy (tisíce °C) taví kov a potom horia pary kovu, ktoré zafarbujú plazmu.

       Princíp Jakobovho rebríka je jednoduchý, v oblúku vzniká horúca plazma (tisíce °C), ktorá ohrieva okolitý vzduch a ten s oblúkom a plazmou stúpajú vždy nahor. Dostal som sa tiež k názorom, že je to vďaka elektromagnetickému poľu resp. magnetickým vyfukovaním oblúka smerom nahor a pod., ale ak by tu bol elektromagnetický princíp, potom by to nezáviselo od polohy vodičov, stačí však rebrík otočiť naopak alebo dať vodorovne a nič sa šíriť po vodičoch nebude. Pričom elektromagnetické pole sme nezmenili, čiže príčina je jedine v hustote plazmy oblúka, teda jeho teplote. Isté sú tam aj iné sily (Lorentzova), ale sú zanedbateľne malé v takýchto „bežných“ rebríkoch. Neviem si predstaviť, ako také malé elektromagnetické pole, ktoré tam vzniká niečo vytláča. Jedine teoretický áno, ale v realite vplyv hustoty oblúku, čiže jeho teploty je mnohonásobne väčší. Ak má niekto iný názor aj s vysvetlením a odôvodnením tak sem s ním inak je to vďaka vysokej teplote plazmy oblúku.

       Použiteľné VN zdroje sú v podstate akékoľvek striedavé alebo jednosmerné, ktoré majú ako taký výkon ideálne v stovkách W a je možné ich skratovať. Čiže nejaké mäkké zdroje VN alebo tvrdé s limitáciou prúdu. Čo sa týka napätia tak povedzme aspoň 8kV a viac. Primalé napätie je problematické pretože je nutné dať veľmi blízko k sebe elektródy pri spodku rebríka. Kvôli čomu pravdaže bude oblúk odmietať stúpať nahor a ostane tam taviť elektródy. Preto je nutná určitá minimálna vzdialenosť elektród pri spodku rebríka a tým aj určitá výška napätia.

       Dobrým príkladom je tu MOT (Microwawe oven transformer) trafo s mikrovlnky, kde je len 2,1-2,3kV čo je veľmi málo, lepšie je spojiť aspoň 2 MOTy do série, ale aj tak je to stále málo. Potom je nutné zapaľovať oblúk ručne pri väčšej vzdialenosti elektród, aby po zapálení oblúku stúpal nahor, ale to už nie je ono. Viac informácií o MOTe nájdete tu.

       Veľmi dobrý je ZVS budič pre VN trafa s TV a CRT monitorov. Keďže zo zväčšujúcim sa oblúkom rastie výkon a ešte viac hrubne a sa predlžuje, čo je nesmierna výhoda pre tento experiment. Pravdaže aj rôzne idé budiče pre VN trafka s TV a CRT s dostatočným výkonom, ale ZVS Driver vyhráva jednoduchosťou a parametrami. Schéma a viac informácií o ZVS Driveru nájdete tu.

       Potom VN transformátory s neónových reklám tzv. NST (Neon Sign Transformer) sú výborné a vhodné na tento experiment, ktoré je však u nás problematické zohnať. Je to rozptylový transformátor, čiže dostatočne mäkký bez nutnosti limitácie prúdu s dostatočným napätím cca 6-12kV pri 50Hz.

       Posledné by som asi ešte spomenul PTN (prístrojové transformátory napätia), čo už je ešte väčší extrém a oveľa nebezpečnejšie ako použitie MOTu. Napätie podľa typu PTN zvyčajne najbežnejšie 22kV. Primár 22kV a sekundár 100V pre meracie prístroje v VN rozvodniach. Výkon podľa štítku 500-600VA, ale PTN sú dosť predimenzované ako výkonovo tak napäťovo, výkonovo hlavne tie staršie a pri novších by som viac veril izolácií. Viac informácií o PTN nájdete tu.


Fotky s komentármi:

       Jacob’s ladder spravený so ZVS Driverom s IHVT CRT monitora pri príkone 500W, napätie 30kV, filtrácia 40mF. Vidieť tu celkom pekne kontinuálny oblúk, ako stúpa zdola nahor a je celý priestor vyplnený plazmou.

Jacob's Ladder Jacob's Ladder - zboku Jacob's Ladder

       Opäť rovnaký zdroj a VN trafo, ale tentoraz odpojená filtrácia. Krásne vidno v plazme, ako je prerušovaná 100Hz napájaním ZVS Driveru. Fotoaparát sníma s dlhšou expozíciou a ako sa v čase presúva oblúk nahor je snímaný a vidieť jeho priebeh v čase, ako zhasína a zosilňuje oblúk/plazma. Použitý zdroj VN je jednosmerný - je vidieť mierny rozdiel opaľovania elektród pri lepšom pohľade na prvú fotku.

Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder

       Toto už je Jakobov rebrík robený o par rokov neskôr po predošlých fotkách vyššie. Fotené zrkadlovkou D3200 a svetelným objektívom NIKKOR 35mm f/1.8 s dlhou expozíciou. Všetky fotky sú fotené pri ISO 100, prvá fotka s expozíciou 1s, clonou f/3.5 a posledná 0,62s a clona f/2. Ostatné fotky sú s vyššími clonami, aby lepšie vynikla plazma, resp. medzery v plazme. Tie vznikajú nedostatočnou pripojenou filtráciou, čiže vidieť tam 100Hz ako zhasína výboj. Zdroj je Push-Pull budič s VCO 4046 a IHVT trafom s TV - 25kV DC pri príkone budiča 600W. Tu už vidieť podstatne lepšie správanie sa oblúka pri DC napätí, ako sa viac opaľuje jedna strana elektródy. Na ľavo je zem (PE) a v pravo +25kV.

Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder

       Znova všetko rovnaké, ako v predošlom prípade. Jediná zmena je v použití striedavého VN transformátora s TV bez diódy. Napätie je tu 18kV AC. Pekne vidno rozdielne sa správanie oblúka a opaľovanie elektród v porovnaní s použitím DC napätia. Jedine pozor tu, uzemnená je tu opačná elektróda na PE – ta na pravo.

Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder

       Veľký Jacob’s ladder spravený MOTom, ktorý som robil ešte dávno. Na fotke nie je vidieť, ale je tam len 1 MOT + 3uF a na elektródy. Fotky sú len s videa a spodné dva fotené starým mobilom, ale nechávam to tu, ako som mal v pôvodnom článku. Napätie 2,1 - 2,2kV pri 50Hz.

Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder
Jacob's Ladder Jacob's Ladder

       Tak a nakoniec to najlepšie, veľký Jakobov rebrík vysoký 90cm kŕmený 2x PTN v sérií pri 60kV 50Hz. Regulujem to veľkým 2,5kVA autotrafom a prúd je obmedzený dvoma MOTmi paralelne s vyskratovaným sekundárom ako tlmivky. Nie ideálne riešenie, ale krátkodobý účel to plní dobre. PTN (prístrojový transformátor napätia) sú od ABB dvojpólovo izolované na 22kV, krátkodobo s jedného ťahám 30kV a obe sú v sérii s uzemneným stredom čiže 2x 30kV proti sebe. Viac o PTN tu v druhom článku tu.
       Čas expozície je tu 2s pri ISO 100 a clony okolo f/4 – f/5. Fotené s D3200, NIKKOR 35mm f/1.8. Tu je po priblížení fotiek krásne vidieť správanie sa oblúku/plazmy pri 50Hz ako prechádza nulou a tiež, ako sa mení polarita každým oblúčikom rebríka. Najlepšie je to vidieť pri spodku rebríka.

Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder Jacob's Ladder


Videá:









© copyright 2010 - 2017   |   Jakub Tejiščák   -   tesla.kubo(at)gmail.com