ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงความเหนี่ยวนำต่ำ ไอโอนิสเตอร์แบบโฮมเมด - ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ที่ต้องทำด้วยตัวเอง ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงที่ต้องทำด้วยตัวเอง

หากคุณวางแผนที่จะสร้างเลเซอร์, ท่อเร่ง, เครื่องกำเนิดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าหรือสิ่งอื่นที่คล้ายคลึงกันไม่ช้าก็เร็วคุณจะพบกับความจำเป็นในการใช้ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงที่มีความเหนี่ยวนำต่ำที่สามารถพัฒนากิกะวัตต์ได้ ของพลังที่คุณต้องการ
โดยหลักการแล้ว คุณสามารถลองใช้ตัวเก็บประจุที่ซื้อมาและบางสิ่งที่ใกล้เคียงกับที่คุณต้องการก็มีขายด้วย เหล่านี้เป็นตัวเก็บประจุเซรามิกเช่น KVI-3, K15-4, หลายยี่ห้อจาก Murata และ TDK และแน่นอนว่าสัตว์ร้าย Maxwell 37661 (อย่างไรก็ตามอย่างหลังเป็นประเภทน้ำมัน)

อย่างไรก็ตาม การใช้ตัวเก็บประจุที่ซื้อมาก็มีข้อเสียอยู่

1. พวกเขามีราคาแพง
2. ไม่สามารถเข้าถึงได้ (แน่นอนว่าอินเทอร์เน็ตได้เชื่อมโยงผู้คนเข้าด้วยกัน แต่มีรายละเอียดจากอีกด้านหนึ่ง โลกค่อนข้างน่ารำคาญ)
3. และแน่นอน สิ่งที่สำคัญที่สุด: พวกเขายังคงไม่มีพารามิเตอร์บันทึกที่คุณต้องการ (เมื่อไร เรากำลังพูดถึงเกี่ยวกับการคายประจุในสิบหรือสองสามนาโนวินาทีเพื่อจ่ายพลังงานให้กับเลเซอร์ไนโตรเจน หรือรับลำแสงอิเล็กตรอนที่หนีออกจากท่อเร่งที่ไม่มีการอพยพ ไม่มี Maxwell สักเครื่องเดียวสามารถช่วยคุณได้)

การใช้คู่มือนี้เราจะได้เรียนรู้วิธีสร้างไฟฟ้าแรงสูงที่มีความเหนี่ยวนำต่ำแบบโฮมเมด
ตัวเก็บประจุตามตัวอย่างของบอร์ดที่ใช้เป็นไดร์เวอร์
เลเซอร์ย้อมโคมไฟ อย่างไรก็ตามหลักการทั่วไปและเป็นไปตามนั้น
การใช้คุณจะสามารถสร้างตัวเก็บประจุได้โดยเฉพาะ (แต่ไม่จำกัดเพียง)
แม้กระทั่งการจ่ายพลังงานให้กับเลเซอร์ไนโตรเจน

I. ทรัพยากร

ครั้งที่สอง การประกอบ

เมื่อออกแบบอุปกรณ์ที่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟที่มีความเหนี่ยวนำต่ำ คุณต้องคำนึงถึงการออกแบบโดยรวม และไม่แยกตัวเก็บประจุ แยกเกี่ยวกับ (ตัวอย่าง) หัวเลเซอร์ เป็นต้น มิฉะนั้น บัสบาร์จะลบล้างประโยชน์ของการออกแบบตัวเก็บประจุแบบเหนี่ยวนำต่ำ โดยปกติแล้วตัวเก็บประจุจะเป็นสารอินทรีย์ ส่วนสำคัญอุปกรณ์ที่คล้ายกันและนั่นคือสาเหตุที่บอร์ดไดรเวอร์เลเซอร์สีย้อมจะทำหน้าที่เป็นตัวอย่าง
ความสุขคือผู้ที่ทำเองซึ่งมีแผ่นไฟเบอร์กลาสและลูกแก้ววางอยู่รอบตัวเขา ฉันต้องใช้เขียงครัวที่ขายในร้านค้า
หยิบพลาสติกชิ้นหนึ่งแล้วตัดให้มีขนาดเท่ากับไดอะแกรมในอนาคต

แนวคิดของวงจรนั้นเป็นแบบดั้งเดิม ตัวเก็บประจุสองตัวนี้คือตัวเก็บประจุและพีคกิ้ง เชื่อมต่อกันผ่านช่องว่างประกายไฟตามวงจรการชาร์จแบบเรโซแนนซ์ เราจะไม่กล่าวถึงรายละเอียดเกี่ยวกับการทำงานของวงจรที่นี่ งานของเราคือการมุ่งเน้นไปที่การประกอบตัวเก็บประจุ

เมื่อตัดสินใจเกี่ยวกับขนาดของตัวเก็บประจุในอนาคตแล้ว ให้ตัดมุมอลูมิเนียมเป็นขนาดของคอนแทคเตอร์ในอนาคต ประมวลผลมุมอย่างระมัดระวังตามกฎทั้งหมดของเทคโนโลยีไฟฟ้าแรงสูง (ปัดทุกมุมและทื่อขอบทั้งหมด)

ต่อสายไฟของตัวเก็บประจุในอนาคตเข้ากับ "แผงวงจรพิมพ์" ที่เกิดขึ้น

ติดตั้งส่วนต่างๆ ของวงจรซึ่งหากไม่ได้ประกอบตอนนี้ อาจรบกวนการประกอบตัวเก็บประจุในภายหลัง ในกรณีของเรา สิ่งเหล่านี้คือการเชื่อมต่อระหว่างรถโดยสารและจุดประกายไฟ

โปรดทราบว่าการเหนี่ยวนำต่ำเมื่อติดตั้งสายดินจะลดลงเพื่อความสะดวกในการปรับเปลี่ยน ในกรณีนี้เป็นสิ่งที่สมเหตุสมผลเนื่องจากการเหนี่ยวนำตัวเองของหลอดไฟ (ยาวและบาง) นั้นมากกว่าการเหนี่ยวนำของวงจรช่องว่างประกายไฟอย่างเห็นได้ชัดและนอกจากนี้ตามกฎของตัวสีดำทั้งหมดหลอดไฟจะไม่ส่องแสงเร็วกว่า sigma*T^4 ไม่ว่าวงจรจ่ายไฟจะเร็วแค่ไหนก็ตาม เฉพาะด้านหน้าเท่านั้นที่สามารถย่อให้สั้นลงได้ แต่ไม่สามารถย่อแรงกระตุ้นทั้งหมดได้ ในทางกลับกัน เมื่อออกแบบ เช่น เลเซอร์ไนโตรเจน คุณจะไม่ติดช่องว่างประกายไฟอย่างอิสระอีกต่อไป

ขั้นตอนต่อไปคือการตัดฟอยล์และบรรจุภัณฑ์ที่อาจเป็นลามิเนต (เว้นแต่ขนาดตัวเก็บประจุจำเป็นต้องใช้รูปแบบบรรจุภัณฑ์แบบเต็ม เช่นเดียวกับกรณีของตัวเก็บประจุบนบอร์ดที่เป็นปัญหา)

แม้ว่าการเคลือบจะเกิดขึ้นในอุดมคติอย่างแน่นหนาและไม่ควรแยกการแตกตามขอบ แต่ก็ไม่แนะนำให้ทำให้ขอบ (ขนาด d ในรูป) น้อยกว่า 5 มม. สำหรับทุก ๆ 10 kV ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน
ขอบที่วัดได้ 15 มม. สำหรับแรงดันไฟฟ้าทุก ๆ 10 kV ช่วยให้การทำงานมีความเสถียรไม่มากก็น้อยแม้ว่าจะไม่มีการซีลก็ตาม
เลือกขนาดของลีด (ขนาด D ในรูป) เท่ากับความหนาที่คาดหวังของสแต็กของตัวเก็บประจุในอนาคตโดยมีระยะขอบบางส่วน มุมของฟอยล์ควรโค้งมนตามธรรมชาติ
เริ่มจากตัวเก็บประจุสูงสุดกันก่อน นี่คือลักษณะของช่องว่างและซับในลามิเนตที่เสร็จแล้ว:

สำหรับตัวเก็บประจุสูงสุดจะใช้ลามิเนตที่มีความหนา 200 ไมครอนเนื่องจากคาดว่าจะมีแรงดันไฟกระชาก 30 kV ที่นี่เนื่องจากการชาร์จแบบ "เรโซแนนซ์" ลามิเนต จำนวนที่ต้องการครอบคลุม (ในกรณีของเรา 20 ชิ้น) วางไว้ในปึก (โดยให้ขั้วต่อสลับกันในทิศทางที่ต่างกัน) งอตัวนำของปึกผลลัพธ์ (หากจำเป็น ให้ตัดฟอยล์ส่วนเกินออก) วางปึกลงในช่องที่เกิดจากคอนแทคเตอร์มุมบนกระดานแล้วกดด้วยฝาครอบด้านบน

นักเครื่องรางจะยึดฝาครอบด้านบนให้แน่นด้วยสลักเกลียวที่เรียบร้อย แต่คุณสามารถพันมันด้วยเทปพันสายไฟก็ได้ ตัวเก็บประจุสูงสุดพร้อมแล้ว

การประกอบตัวเก็บประจุแบบเก็บข้อมูลไม่มีความแตกต่างโดยพื้นฐาน
ใช้กรรไกรน้อยลงเนื่องจากใช้รูปแบบ A4 เต็มรูปแบบ ลามิเนตที่นี่ถูกเลือกให้มีความหนา 100 ไมครอนเนื่องจากมีการวางแผนที่จะใช้แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จ 12 kV
เรารวบรวมพวกมันเป็นกองในลักษณะเดียวกัน งอสายไฟแล้วกดด้วยฝาปิด:

แน่นอนว่าเคาน์เตอร์ครัวที่มีด้ามจับแบบตัดนั้นดูชั่วร้าย แต่ไม่รบกวนการใช้งาน ฉันหวังว่าคุณจะมีปัญหากับทรัพยากรน้อยลง และอีกอย่างหนึ่ง: หากคุณตัดสินใจใช้ท่อนไม้เป็นฐานและฝาคุณจะต้องเตรียมไม้อย่างจริงจัง สิ่งแรกคือการทำให้แห้งอย่างทั่วถึง (โดยเฉพาะที่อุณหภูมิสูง) และประการที่สอง ปิดผนึกอย่างแน่นหนา วานิชยูรีเทนหรือไวนิล
นี่ไม่ใช่เรื่องของความแรงทางไฟฟ้าหรือการรั่วไหล ความจริงก็คือเมื่อความชื้นเปลี่ยนแปลง ไม้ก็จะโค้งงอ ประการแรก สิ่งนี้จะรบกวนคุณภาพของหน้าสัมผัสและทำให้ระยะเวลาการคายประจุของตัวเก็บประจุนานขึ้น ประการที่สอง หากควรจะติดตั้งเลเซอร์ไว้บนกระดานนี้ มันก็จะโค้งงอพร้อมกับผลที่ตามมาทั้งหมดเช่นกัน

เมื่อดัดสายไฟอย่าลืมวางทับฉนวนอีกชั้นหนึ่ง มิฉะนั้นในความเป็นจริง: แผ่นเปลือกโลกจะถูกแยกออกจากกันด้วยอิเล็กทริกสองชั้นและขั้วจากแผ่นที่มีขั้วตรงข้ามจะถูกแยกออกจากกันเพียงอันเดียว
มาดูกันว่าเราได้อะไรบ้าง ลองใช้มัลติมิเตอร์กับเครื่องวัดความจุในตัว
นี่คือสิ่งที่ตัวเก็บประจุแสดง

และนี่คือสิ่งที่ตัวเก็บประจุจุดสูงสุดแสดงให้เห็น

นั่นคือทั้งหมดที่ ตัวเก็บประจุพร้อม หัวข้อคู่มือหมดแล้ว
อย่างไรก็ตาม คุณอาจแทบรอไม่ไหวที่จะลองใช้มัน เราเติมส่วนที่ขาดหายไปของวงจรให้สมบูรณ์ ติดตั้งหลอดไฟ และเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน
นี่คือสิ่งที่ดูเหมือน

นี่คือออสซิลโลแกรมของกระแสที่ถ่ายด้วยวงแหวนลวดเล็กๆ ที่เชื่อมต่อโดยตรงกับออสซิลโลสโคป และตั้งอยู่ใกล้กับวงจรที่จ่ายพลังงานให้กับหลอดไฟ จริงอยู่ แทนที่จะเป็นหลอดไฟ วงจรกลับเต็มไปด้วยการแบ่ง

และนี่คือออสซิลโลแกรมของแสงแฟลชที่ถ่ายด้วยโฟโตไดโอด FD-255 โดยเล็งไปที่ผนังที่ใกล้ที่สุด แสงแบบกระจายก็เพียงพอแล้ว คงจะเหมาะกว่าถ้าจะพูดว่า "มากกว่า"

คุณสามารถตำหนิตัวเก็บประจุที่ผลิตได้ไม่ดีเป็นเวลานานและค้นหาเหตุผลว่าทำไมการคายประจุใช้เวลานานกว่า 5 μs... อันที่จริงหลอดไฟแฟลชจะทิ้งพลังงานจำนวนหนึ่งเมกะวัตต์และแม้แต่แสงที่กระจัดกระจายจากผนังก็ขับโฟโตไดโอดเข้าไป ความอิ่มตัวลึก ลองเอาโฟโตไดโอดออกไป นี่คือออสซิลโลแกรมที่ถ่ายจากระยะ 5 เมตร เมื่อโฟโตไดโอดไม่ได้มองที่หลอดไฟพอดี แต่หันไปด้านข้างเล็กน้อย

เวลาที่เพิ่มขึ้นเป็นเรื่องยากที่จะระบุได้อย่างแม่นยำเนื่องจากสัญญาณรบกวน แต่จะเห็นได้ว่ามีค่าประมาณ 100 ns และสอดคล้องกับระยะเวลาครึ่งรอบของกระแสไฟฟ้า
ส่วนหางที่เหลืออยู่ในพัลส์แสงคือแสงของพลาสมาที่เย็นตัวลงอย่างช้าๆ ระยะเวลารวมต่ำกว่า 1 μs
เพียงพอสำหรับเลเซอร์ที่ใช้ผู้ลงโทษหรือไม่? นี่เป็นคำถามแยกต่างหาก โดยทั่วไป แรงกระตุ้นดังกล่าวมักจะมากเกินพอ แต่ทั้งหมดขึ้นอยู่กับสีย้อม (บริสุทธิ์และดีแค่ไหน) บนคิวเวทท์ ไฟส่องสว่าง เครื่องสะท้อนเสียง ฯลฯ หากฉันสามารถเลเซอร์มาร์กเกอร์เรืองแสงที่มีขายทั่วไปได้ ก็จะมีคำแนะนำแยกต่างหาก เลเซอร์แบบโฮมเมดบนสีย้อม

(ปล.) ฉันต้องเพิ่มอีก 30 nF ให้กับตัวเก็บประจุหลัก และมันก็เพียงพอแล้วจริงๆ ไปป์ซึ่งสามารถดูรูปถ่ายได้ในส่วน "รูปภาพ" นั้นทำงานได้ดีกว่าจาก GIN สองแมกซ์เวลล์ด้วยซ้ำ

โดยทั่วไป เวลาคายประจุ 100 ns ไม่ได้เป็นขีดจำกัดสำหรับเทคโนโลยีการสร้างตัวเก็บประจุที่อธิบายไว้ นี่คือรูปถ่ายของตัวเก็บประจุที่เลเซอร์ไนโตรเจนแบบปั๊มลมทำงานอย่างเสถียรในโหมดซูเปอร์เรเดียนซ์:

เวลาในการคายประจุนั้นเกินความสามารถของออสซิลโลสโคปของฉันอยู่แล้ว อย่างไรก็ตาม เครื่องกำเนิดไนโตรเจนที่มีตัวเก็บประจุนี้สร้างได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ 100 mmHg ช่วยให้คุณประมาณเวลาคายประจุได้ที่ 20 ns หรือน้อยกว่า

สาม. แทนที่จะสรุป ความปลอดภัย

การบอกว่าตัวเก็บประจุดังกล่าวเป็นอันตรายก็คือไม่ต้องพูดอะไรเลย ไฟฟ้าช็อตจากตู้คอนเทนเนอร์ดังกล่าวมีอันตรายถึงชีวิตพอๆ กับรถบรรทุก KAMAZ ที่บินมาหาคุณด้วยความเร็ว 160 กม./ชม. ตัวเก็บประจุนี้จะต้องได้รับการปฏิบัติเช่นเดียวกับอาวุธหรือวัตถุระเบิด เมื่อทำงานกับตัวเก็บประจุดังกล่าว ให้ใช้มาตรการความปลอดภัยที่เป็นไปได้ทั้งหมด และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเปิดและปิดสวิตช์จากระยะไกล
เป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำนายสถานการณ์อันตรายทั้งหมดและให้คำแนะนำเกี่ยวกับวิธีหลีกเลี่ยงการเข้าไป ระวังและคิดด้วยหัวของคุณ คุณรู้ไหมว่าอาชีพของทหารช่างจบลงเมื่อไร? เมื่อเขาเลิกกลัว มันเป็นช่วงเวลาที่เขาเป็นมิตรกับวัตถุระเบิดจนหัวของเขาปลิวไป
ในทางกลับกัน ผู้คนนับล้านขับรถบนถนนด้วยรถบรรทุก KAMAZ และคนงานหลายพันคนไปทำงานและยังมีชีวิตอยู่ ตราบใดที่คุณระมัดระวังและคิดด้วยหัวของคุณทุกอย่างจะเรียบร้อย

ตัวเก็บประจุเสื้อยืด

ตัวเก็บประจุประเภทนี้มีชื่อมาจากรูปร่างของแผ่นที่คล้ายคลึงกันกับแพ็คเกจ "เสื้อยืด"
ความเหนี่ยวนำของตัวเก็บประจุนี้มากกว่าค่าความเหนี่ยวนำของตัวเก็บประจุที่อธิบายไว้ข้างต้นหรือตัวเก็บประจุแบบแคนดี้ แต่ค่อนข้างเหมาะสำหรับใช้ใน CO2 หรือ GIN การเริ่มสีย้อมทำได้ยากและไม่เหมาะกับไนโตรเจน

วัสดุที่คุณต้องการจะเหมือนกับในคำแนะนำด้านบน: ฟิล์มไมลาร์ (หรือถุงเคลือบ) อลูมิเนียมฟอยล์ และเทป/เทปพันท่อ

แผนภาพด้านล่างแสดงขนาดของช่องว่างหลัก

L - ความยาวอิเล็กทริก
D - ความกว้างอิเล็กทริก
R - รัศมีภายนอกของตัวเก็บประจุ

ช่องว่างจากขอบของอิเล็กทริกคือ 15 มม. ด้านที่แถบหน้าสัมผัสของเพลตหลุดออกมา จะมีรอยเยื้อง 50 มม. การเยื้องเหล่านี้ทำขึ้นให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้สำหรับความจุสูงสุดที่ L และ D ที่กำหนดของอิเล็กทริก โปรดทราบว่าช่องว่างเหล่านี้ถูกเลือกสำหรับ 10 kV (ผมสงสัยว่าจะทำให้ตัวเก็บประจุประเภทนี้มีความเหมาะสมมากขึ้น ไฟฟ้าแรงสูงดังนั้นฉันจะไม่เขียนสูตรที่นี่เพื่อคำนวณการเยื้องและช่องว่างสำหรับแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ ที่นี่)

ระยะห่างระหว่างขั้วของแผ่นคือ 30 มม. ช่องว่างนี้ใช้เวลาน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้สำหรับ 10 kV การเพิ่มช่องว่างนี้จะทำให้ลีดแคบเกินไป - ความเหนี่ยวนำของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้น

การผลิต

ตัวเก็บประจุถังพร้อมแล้ว คุณสามารถติดตั้งบนเลเซอร์, GIN หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงอื่นๆ ได้

ความจุไฟฟ้าของโลก ดังที่ทราบจากหลักสูตรฟิสิกส์คือประมาณ 700 μF ตัวเก็บประจุธรรมดาที่มีความจุนี้สามารถเปรียบเทียบน้ำหนักและปริมาตรกับอิฐได้ แต่ยังมีตัวเก็บประจุที่มีความจุไฟฟ้าของโลกซึ่งมีขนาดเท่ากับเม็ดทราย - ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์

อุปกรณ์ดังกล่าวปรากฏค่อนข้างเร็ว ๆ นี้เมื่อประมาณยี่สิบปีที่แล้ว พวกมันถูกเรียกต่างกัน: ไอโอนิสเตอร์, ไอโอนิกส์ หรือเพียงแค่ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์

อย่าคิดว่าสิ่งเหล่านี้มีให้เฉพาะกับบริษัทการบินและอวกาศระดับสูงบางแห่งเท่านั้น วันนี้คุณสามารถซื้อไอออนไนเซอร์ขนาดเหรียญและความจุหนึ่งฟารัดในร้านค้าซึ่งมากกว่าความจุของโลกถึง 1,500 เท่าและใกล้เคียงกับความจุของโลกเอง ดาวเคราะห์ดวงใหญ่ ระบบสุริยะ- ดาวพฤหัสบดี

ตัวเก็บประจุใดๆ ก็ตามจะกักเก็บพลังงาน เพื่อให้เข้าใจว่าพลังงานที่เก็บไว้ในซุปเปอร์คาปาซิเตอร์มีขนาดใหญ่หรือเล็กเพียงใด สิ่งสำคัญคือต้องเปรียบเทียบกับบางสิ่งบางอย่าง นี่เป็นวิธีที่ค่อนข้างแปลก แต่ชัดเจน

พลังงานของตัวเก็บประจุธรรมดาเพียงพอที่จะกระโดดได้ประมาณหนึ่งเมตรครึ่ง ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ขนาดเล็กประเภท 58-9V ซึ่งมีมวล 0.5 กรัมชาร์จด้วยแรงดันไฟฟ้า 1 V สามารถกระโดดได้สูง 293 ม.!

บางครั้งพวกเขาคิดว่าเครื่องสร้างประจุไอออนสามารถเปลี่ยนแบตเตอรี่ได้ นักข่าวบรรยายถึงโลกอนาคตด้วยรถยนต์ไฟฟ้าแบบเงียบที่ขับเคลื่อนโดยซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ แต่นี่ยังอีกยาวไกล เครื่องสร้างประจุไอออนที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมสามารถสะสมพลังงานได้ 3,000 จูล และแบตเตอรี่กรดตะกั่วที่แย่ที่สุดคือ 86,400 จูล ซึ่งมากกว่า 28 เท่า แต่เมื่อส่งกำลังสูงสำหรับ เวลาอันสั้นแบตเตอรี่เสื่อมลงอย่างรวดเร็วและหมดไปเพียงครึ่งเดียว ไอโอนิสเตอร์จะปล่อยพลังงานออกมาซ้ำๆ โดยไม่เป็นอันตรายต่อตัวเอง ตราบใดที่สายเชื่อมต่อยังทนได้ นอกจากนี้ ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สามารถชาร์จได้ภายในเวลาไม่กี่วินาที ในขณะที่แบตเตอรี่มักจะต้องใช้เวลาหลายชั่วโมงในการดำเนินการนี้

สิ่งนี้จะกำหนดขอบเขตการใช้งานของไอออนิสเตอร์ เป็นแหล่งพลังงานที่ดีสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานมากในช่วงเวลาสั้น ๆ แต่ค่อนข้างบ่อย: อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไฟฉาย สตาร์ทรถยนต์ ทะลุทะลวงไฟฟ้า ไอโอนิสเตอร์ยังสามารถนำไปใช้ทางการทหารเป็นแหล่งพลังงานสำหรับอาวุธแม่เหล็กไฟฟ้าได้ และเมื่อใช้ร่วมกับโรงไฟฟ้าขนาดเล็ก เครื่องสร้างประจุไอออนจะทำให้สามารถสร้างรถยนต์ที่มีระบบขับเคลื่อนล้อไฟฟ้าและอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง 1-2 ลิตรต่อ 100 กม.

มีขายเครื่องสร้างประจุไอออนสำหรับความจุและแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่หลากหลาย แต่มีราคาค่อนข้างแพง ดังนั้นหากคุณมีเวลาและความสนใจ คุณสามารถลองสร้างไอออนิสเตอร์ด้วยตัวเองได้ แต่ก่อนจะให้คำแนะนำแบบเจาะจง ขอทฤษฎีเล็กๆ น้อยๆ ก่อน

เป็นที่รู้จักจากเคมีไฟฟ้า: เมื่อโลหะถูกแช่อยู่ในน้ำจะเกิดชั้นไฟฟ้าสองชั้นที่เรียกว่าบนพื้นผิวซึ่งประกอบด้วยประจุไฟฟ้าตรงข้าม - ไอออนและอิเล็กตรอน แรงดึงดูดระหว่างกันทำหน้าที่ระหว่างกัน แต่ประจุไม่สามารถเข้าใกล้กันได้ สิ่งนี้ถูกขัดขวางโดยแรงดึงดูดของน้ำและโมเลกุลของโลหะ ที่แกนกลางของชั้นไฟฟ้าสองชั้นนั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าตัวเก็บประจุ ประจุที่กระจุกตัวอยู่ที่พื้นผิวจะทำหน้าที่เป็นแผ่นเปลือกโลก ระยะห่างระหว่างพวกเขาน้อยมาก และอย่างที่คุณทราบ ความจุของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้นเมื่อระยะห่างระหว่างแผ่นของมันลดลง ตัวอย่างเช่น ความจุของซี่ล้อเหล็กธรรมดาที่แช่อยู่ในน้ำจะสูงถึงหลาย mF

โดยพื้นฐานแล้ว ไอออนิสเตอร์ประกอบด้วยอิเล็กโทรดสองตัวที่จุ่มอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ที่มีค่า Very พื้นที่ขนาดใหญ่บนพื้นผิวซึ่งมีชั้นไฟฟ้าสองชั้นเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ จริงอยู่ที่ว่าการใช้แผ่นแบนธรรมดาจะสามารถรับความจุได้เพียงไม่กี่สิบ mF เพื่อให้ได้คุณลักษณะความจุสูงของตัวสร้างประจุไอออน พวกเขาใช้อิเล็กโทรดที่ทำจากวัสดุที่มีรูพรุนซึ่งมีพื้นผิวรูพรุนขนาดใหญ่และมีขนาดภายนอกเล็ก

ครั้งหนึ่งเคยมีการลองใช้ฟองน้ำโลหะตั้งแต่ไทเทเนียมไปจนถึงแพลตตินัมสำหรับบทบาทนี้ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ดีกว่าอย่างไม่มีที่เปรียบคือ... ถ่านกัมมันต์ธรรมดา นี้ ถ่านซึ่งหลังจากการดูแลเป็นพิเศษจะมีรูพรุน พื้นที่ผิวของรูพรุน 1 cm3 ของถ่านหินดังกล่าวถึงหลายพัน ตารางเมตรและความจุของชั้นไฟฟ้าสองชั้นบนพวกมันคือสิบฟารัด!

เครื่องสร้างประจุไอออนแบบโฮมเมด รูปที่ 1 แสดงการออกแบบของตัวสร้างประจุไอออน ประกอบด้วยสอง แผ่นโลหะกดให้แน่นจน “เติม” ของ ถ่านกัมมันต์- ถ่านหินถูกวางเป็นสองชั้น โดยจะมีชั้นบาง ๆ ของสารที่ไม่นำอิเล็กตรอนแยกออกจากกัน ทั้งหมดนี้ถูกชุบด้วยอิเล็กโทรไลต์

เมื่อทำการชาร์จไอออนิสเตอร์ ชั้นไฟฟ้าสองชั้นที่มีอิเล็กตรอนบนพื้นผิวจะก่อตัวขึ้นในรูพรุนคาร์บอนครึ่งหนึ่ง และอีกครึ่งหนึ่งจะมีไอออนบวก หลังจากชาร์จแล้ว ไอออนและอิเล็กตรอนจะเริ่มไหลเข้าหากัน เมื่อทั้งสองมาพบกัน อะตอมของโลหะที่เป็นกลางจะถูกสร้างขึ้น และประจุที่สะสมจะลดลงและเมื่อเวลาผ่านไปอาจหายไปโดยสิ้นเชิง

เพื่อป้องกันสิ่งนี้ จึงมีการใช้ชั้นแยกระหว่างชั้นของถ่านกัมมันต์ อาจประกอบด้วยบางต่างๆ ฟิล์มพลาสติกกระดาษและแม้กระทั่งสำลี
ในไอออนไนเซอร์สมัครเล่น อิเล็กโทรไลต์คือสารละลายเกลือแกง 25% หรือสารละลาย KOH 27% (ที่ความเข้มข้นต่ำกว่า ชั้นของไอออนลบจะไม่ก่อตัวบนอิเล็กโทรดบวก)

แผ่นทองแดงที่มีลวดบัดกรีไว้ล่วงหน้าจะถูกใช้เป็นอิเล็กโทรด พื้นผิวการทำงานควรทำความสะอาดด้วยออกไซด์ ในกรณีนี้ขอแนะนำให้ใช้กระดาษทรายหยาบที่ทำให้เกิดรอยขีดข่วน รอยขีดข่วนเหล่านี้จะช่วยเพิ่มการยึดเกาะของถ่านหินกับทองแดง เพื่อการยึดเกาะที่ดีแผ่นจะต้องล้างไขมันออก การล้างจานจะดำเนินการในสองขั้นตอน ขั้นแรกให้ล้างด้วยสบู่แล้วถูด้วยผงฟันแล้วล้างออกด้วยน้ำสะอาด หลังจากนี้คุณไม่ควรสัมผัสพวกเขาด้วยนิ้วของคุณ

ถ่านกัมมันต์ที่ซื้อจากร้านขายยา จะถูกบดในครกและผสมกับอิเล็กโทรไลต์เพื่อให้ได้เนื้อครีมข้น ซึ่งกระจายอยู่บนจานที่ขจัดไขมันออกอย่างทั่วถึง

ในระหว่างการทดสอบครั้งแรก แผ่นที่มีปะเก็นกระดาษจะถูกวางทับกัน จากนั้นเราจะลองชาร์จอีกครั้ง แต่มีความละเอียดอ่อนที่นี่ เมื่อแรงดันไฟฟ้ามากกว่า 1 V จะเริ่มปล่อยก๊าซ H2 และ O2 พวกมันทำลายอิเล็กโทรดคาร์บอนและไม่อนุญาตให้อุปกรณ์ของเราทำงานในโหมดตัวเก็บประจุ-ไอออนิสเตอร์

ดังนั้นเราจึงต้องชาร์จจากแหล่งกำเนิดที่มีแรงดันไฟฟ้าไม่สูงกว่า 1 V (นี่คือแรงดันไฟฟ้าสำหรับเพลตแต่ละคู่ที่แนะนำสำหรับการทำงานของไอออนไนเซอร์ทางอุตสาหกรรม)

รายละเอียดสำหรับผู้สนใจ

ที่แรงดันไฟฟ้ามากกว่า 1.2 V ไอโอนิสเตอร์จะเปลี่ยนเป็นแบตเตอรี่แก๊ส นี่เป็นอุปกรณ์ที่น่าสนใจซึ่งประกอบด้วยถ่านกัมมันต์และอิเล็กโทรดสองตัว แต่โครงสร้างได้รับการออกแบบแตกต่างออกไป (ดูรูปที่ 2) โดยทั่วไป ให้นำแท่งคาร์บอนสองแท่งจากเซลล์กัลวานิกเก่าแล้วมัดถุงถ่านกัมมันต์ผ้ากอซไว้รอบๆ สารละลาย KOH ใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์ (ไม่ควรใช้สารละลายเกลือแกง เนื่องจากการสลายตัวจะปล่อยคลอรีนออกมา)

ความเข้มของพลังงานของแบตเตอรี่แก๊สสูงถึง 36,000 J/kg หรือ 10 Wh/kg ซึ่งมากกว่าไอออนิสเตอร์ 10 เท่า แต่น้อยกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วทั่วไปถึง 2.5 เท่า อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่แก๊สไม่ได้เป็นเพียงแบตเตอรี่ แต่เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว เมื่อทำการชาร์จ จะมีการปล่อยก๊าซบนอิเล็กโทรด - ออกซิเจนและไฮโดรเจน พวกมันจะ "เกาะตัว" บนพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ เมื่อกระแสโหลดปรากฏขึ้น พวกมันจะเชื่อมต่อกับน้ำและ กระแสไฟฟ้า- อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้จะดำเนินไปช้ามากโดยไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา และเมื่อปรากฎว่ามีเพียงแพลตตินัมเท่านั้นที่สามารถเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้ ดังนั้นแบตเตอรี่แก๊สจึงไม่เหมือนกับไอโอนิสเตอร์ตรงที่ไม่สามารถผลิตกระแสสูงได้

อย่างไรก็ตาม นักประดิษฐ์ชาวมอสโก A.G. Presnyakov (http://chemfiles.narod.r u/hit/gas_akk.htm) ใช้แบตเตอรี่แก๊สในการสตาร์ทเครื่องยนต์รถบรรทุกได้สำเร็จ น้ำหนักที่มากของเขา - มากกว่าปกติเกือบสามเท่า - ในกรณีนี้กลับกลายเป็นว่าสามารถทนได้ แต่ต้นทุนต่ำและขาดดังกล่าว วัสดุอันตรายเหมือนกรดและตะกั่ว ดูมีเสน่ห์อย่างยิ่ง

แบตเตอรี่แก๊ส การออกแบบที่เรียบง่ายที่สุดมีแนวโน้มที่จะคายประจุเองจนหมดภายใน 4-6 ชั่วโมง สิ่งนี้ทำให้การทดลองสิ้นสุดลง ใครต้องการรถที่ไม่สามารถสตาร์ทได้หลังจากจอดข้ามคืน?

แต่ถึงกระนั้น “เทคโนโลยีที่ยิ่งใหญ่” ก็ไม่ลืมเกี่ยวกับแบตเตอรี่แก๊ส ทรงพลัง น้ำหนักเบา และเชื่อถือได้ พบได้ในดาวเทียมบางดวง กระบวนการในนั้นเกิดขึ้นภายใต้ความกดดันประมาณ 100 atm และใช้ฟองน้ำนิกเกิลเป็นตัวดูดซับก๊าซซึ่งภายใต้เงื่อนไขดังกล่าวจะทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา อุปกรณ์ทั้งหมดอยู่ในกระบอกคาร์บอนไฟเบอร์น้ำหนักเบาพิเศษ แบตเตอรี่ที่ได้จะมีความจุพลังงานสูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วเกือบ 4 เท่า รถยนต์ไฟฟ้าสามารถเดินทางได้ประมาณ 600 กม. แต่น่าเสียดายที่พวกมันยังคงมีราคาแพงมาก

แฟน ๆ ของการทดลองไฟฟ้าแรงสูงต่าง ๆ มักจะประสบปัญหาเมื่อจำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูง ตามกฎแล้วตัวเก็บประจุดังกล่าวหายากมากและหากเป็นเช่นนั้นคุณจะต้องจ่ายเงินจำนวนมากเพื่อพวกมันซึ่งทุกคนไม่สามารถจ่ายได้ นอกจากนี้ นโยบายของเว็บไซต์ของเราจะไม่อนุญาตให้คุณเสียเงินในการซื้อของที่คุณสามารถทำเองได้โดยไม่ต้องออกจากบ้าน

ดังที่คุณอาจคาดเดาได้ว่า วัสดุนี้เราตัดสินใจที่จะอุทิศความสนใจให้กับการประกอบตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงซึ่งเป็นหัวข้อของวิดีโอของผู้เขียนซึ่งเราขอเชิญชวนให้คุณดูก่อนเริ่มงาน

เราต้องการอะไร:
- มีด;
- สิ่งที่เราจะใช้เป็นอิเล็กทริก
- ฟอยล์อาหาร
- อุปกรณ์สำหรับวัดความจุ

ให้เราทราบทันทีว่าผู้เขียนตัวเก็บประจุแบบโฮมเมดใช้วอลล์เปเปอร์ที่มีกาวในตัวที่ธรรมดาที่สุดเป็นอิเล็กทริก สำหรับอุปกรณ์สำหรับการวัดความจุนั้นไม่จำเป็นต้องใช้เนื่องจากอุปกรณ์นี้มีจุดประสงค์เพื่อที่คุณจะได้รู้ว่าเกิดอะไรขึ้นในที่สุด ทุกอย่างชัดเจนด้วยวัสดุคุณสามารถเริ่มประกอบตัวเก็บประจุแบบโฮมเมดได้

ก่อนอื่น ให้ตัดวอลเปเปอร์ที่มีกาวในตัวออกสองชิ้น คุณต้องการประมาณครึ่งเมตร แต่ขอแนะนำให้แถบหนึ่งยาวกว่าอีกแถบเล็กน้อย

แผ่นฟอยล์ที่ได้จะถูกตัดออกเป็นสองส่วนตามยาว

สิ่งต่อไปที่เราใส่ พื้นผิวเรียบวอลล์เปเปอร์ชิ้นเดียวซึ่งเราวางฟอยล์อาหารชิ้นเดียวอย่างระมัดระวัง ควรวางฟอยล์เพื่อให้มีช่องว่างประมาณหนึ่งเซนติเมตรตามขอบทั้งสาม ด้านที่สี่ฟอยล์จะยื่นออกมา ซึ่งเป็นเรื่องปกติในระยะนี้

วางวอลเปเปอร์แผ่นที่สองไว้ด้านบน

วางกระดาษฟอยล์แผ่นที่สองลงไป เฉพาะครั้งนี้เท่านั้นที่เราตรวจสอบให้แน่ใจว่าฟอยล์ยื่นออกมาจากด้านตรงข้ามกับขั้นตอนก่อนหน้า นั่นคือหากผู้เขียนมีงานชิ้นแรกที่ยื่นออกมาจากด้านล่าง คราวนี้ก็ควรจะยื่นออกมาจากด้านบน ควรสังเกตว่าแผ่นฟอยล์ไม่ควรสัมผัสกัน

ตอนนี้เราลบแผ่นรองออกจากขอบด้านหนึ่งแล้วทากาวตัวเก็บประจุของเรา