Korisničko ime: Lozinka:

Dobrodošli na SerbianMeteo Forum


Prisutni ste kao gost. Da biste imali pristup kompletnom sadržaju foruma, diskusijama, koristili pogodnosti slanja privatnih poruke itd, potrebno je da se registrujete KLIKOM OVDE. Posle procesa registracije, putem e-maila koji ste uneli, dobićete link za aktivaciju naloga. Neophodno je uneti validan e-mail. U suprotnom nećemo biti u mogućnosti da vam pošaljemo aktivacioni link.
Ukoliko imate problem u vezi sa registrovanjem ili neki drugi tehnički problem, kontaktirajte nas na office[at]serbianmeteo.com

Autor Tema: Voltmetar statičkog elektriciteta  (Pročitano 26820 puta)

Van mreže Nele

  • **
  • Poruke: 1.011
  • Starost: 46
Voltmetar statičkog elektriciteta
« poslato: 02. Avgust 2009. u 14:05 »

-----Eksperimenti merenja napona u vazduhu u toku oluja i snažnih električnih pražnjenja (Deo II)----


   Ideja je potekla tokom eksperimenata izvođenih na Fruškoj Gori, vezanih za ponašanje atmosferskog pražnjenja i njegov uticaj na globalne meteorološke pojave. Tom prilikom, snažan pljusak naterao me je da brzo otvorim kišobran. Odjednom, usled elektro-šoka koji sam osetio u ruci, naglo sam ispustio kišobran, neposredno nakon udarca groma u blizini. Šok je trajao dovoljno dugo, da sam u međuvremenu, za tih nekoliko trenutaka, dobro pokisao.
Očigledno, kišobran je radio poput antene, sakupljajući nešto elektriciteta koji je reagovao sa mojim telom. Na sreću, nije došlo do direktnog udarca groma u kišobran, tako da je nivo energije bio verovatno veoma mali, dovoljan da bude detektovan preko kože, a opet nedovoljan za ozbiljnije povrede.
   Treba napomenuti da ovde opisana konstrukcija ne služi za određivanje udaljenosti munje, niti može funkcionisati kao uređaj za rano upozorenje, već jedino u svrhu detekcije udarca groma; sa druge strane, uređaj indikuje snagu električnog polja koje dolazi sa električnim pražnjenjem, što je svakako upozorenje o isključenju svih uređaja koji sadrže spoljašnje antene u svom sistemu (TV, radio aparata na primer).

Oluje

   Iako u nauci još uvek nije detaljno objašnjeno ponašanje olujnih oblaka, svi naučnici se ipak slažu oko nekoliko nepobitnih činjenica: velika naponska razlika nastaje između nepogodskog oblaka i zemlje, što rezultuje ekstremno snažnim električnim poljem između površine zemlje i oblaka, gde podizanje napona dovodi do pojave jonizacije, male zapremine gasa (vazduha) koja je pretvorena u plazmu. Plazma obezbeđuje provodnost za električnu varnicu koja potom nastaje. Jednom kada put plazme dođe do površine zemlje, dolazi do protoka električne energije između oblaka i zemlje.
   Iz razloga što plazma predstavlja i izvestan otpor proticanju električne energije (iako veoma mali), dolazi do stvaranja toplote. Merenja pokazuju da temperatura u električnoj varnici može preći onu sa površine sunca. Iznenadni porast temperature dovodi do naglog širenja okolnog vazduha, stvarajući glasan šok-talas, koji se oseti u neposrednoj blizini udarca groma, ili nešto kasnije, ako je posmatrač udaljen od njega.

Merenje

   Potrebno je naglasiti da električno pražnjenje ne mora biti bučno i uvek u vidu električne varnice. Ono se može događati neposredno oko nas, a da o tome imamo veoma malo uvida. Pa kako bismo onda mogli izmeriti da li je pražnjenje nastalo u našoj okolini, ako ga ne vidimo ili ne čujemo?
Kako se formira plazma između oblaka i zemlje, električni potencijal plazme biće jednak onome sa oblaka. Električno polje može se objasniti u terminima potencijalne razlike po jedinici razdaljine (volta po metru). Rapidnim približavanjem plazme sa oblaka prema zemlji, gustina polja između oblaka i zemlje se povećava.
   Ovo iznenadno pojačanje energije električnog polja, može se detektovati pomoću jednostavne antene. Iz razloga što su naponi koje merimo zaista ogromni, moramo ih redukovati na nivo na kojem će redovni poluprovodnici raditi bezbedno, kao i kalibrisati na nama poznate vrednosti.

Konstrukcija

   Šematski dijagram je prikazan na sledećoj slici. Antena je obična teleskopska antena sa starog radio prijemnika, dužine do 1m. Ako je oluja relativno daleko do nas, osetljivost uređaja se može povećati, tako što ćemo ga uzemljiti za gasovod, ili mrežu vodovodnih cevi. Napon sa antene je smanjen pomoću naponskih delitelja R2-R3 i R4-R5. Potencijalni delitelj R2-R3 redukuje napon za faktor:

(R2+R3)/R3=214

dok je R4-R5 dimenzionisan za faktor:

(R4+R5)/R5=4,546

   Svaki od redukovanih napona se dovodi na ulaz (set/reset) flip-flopa. Flip-flop je izrađen oko NAND kola sa „Schmitt trigger“ ulazom. Dva kola 4093 se koriste u ovu svrhu. Izabrana su zato što Šmit triger gejt ne dozvoljava da njihov izlaz promeni stanje (Visoko u Nisko (HL), Nisko u Visoko(LH)), dok napon na ulazu ne pređe ili padne ispod precizno određe donje ili gornje granice. Histereza koja se stvara na ovaj način, osigurava odsustvo „nedefinisanog“ raspona između logičkih niskih i visokih nivoa.


                           


   Čim napon na anteni pređe 1,3kV (1300V), R3 će spustiti napon za oko 2,9V. Ovo je uobičajen napon okidanja za 4093 kolo koje radi na naponu napajanja od 5V. Invertovani gejt IC1a će zatim spustiti svoj izlaz na „logic Low“, obezbeđujući da flip-flop oko kola IC1b i IC1c uključi, kao i da LED dioda D1 zasvetli. Zbog blokirajućih karakteristika flip-flopa (rudimentarni memorijski mod), LED će ostati uključen čak i kada napon nestane sa antene. LED se može isključiti jedino resetovanjem, tasterom S1.
   Isti princip važi za IC2 i LED2, stim što reaguje kada napon na anteni pređe 13kV (13000V), pre no što napon od 2,9V nastane na ulazu kola IC2a. Drugim rečima, ovaj sekundarni detektor zahteva snažnije električno polje da bi uključio LED diodu, tako da je automatski i manje osetljiv od prvog.
   Vrednosti R3 i R4 se svakako moraju dobiti eksperimentalno, kako bismo videli koja vrsta električnog polja nastaje u našoj okolini, za svaki specifični slučaj.
   Nakon prvog pražnjenja, uređaj se priprema za detekciju sledećeg, pritiskom na „reset“ taster.

   Štampana pločica, vidi se na sledećoj slici (dimenzije 40mm x 47mm,):



                         


   Potrošnja struje u konstrukciji je reda nekoliko mili-ampera. Iz razloga što uređaj neće raditi konstantno, jedna baterija od 9V će verovatno zadovoljiti nekoliko sezona korišćenja bez zamene.

   Uređaj je veoma koristan kod izučavanja atmosferskog pražnjenja, kao i analize i merenja neposredne opasnosti po antene radio i TV uređaja.

Napomena
Direktan udarac groma i sekundarno pražnjenje su smrtonosni! Nikada ne koristiti ovaj uređaj iznad nivoa gromobrana!


Usled nedostatka vremena, tema će se nastaviti...

Van mreže Boce

  • Moderator
  • *****
  • Poruke: 12.791
  • Starost: 52
  • Lokacija: Knjaževac
  • Sunce prvo izlazi na istoku!!!
    • Meteo Knjaževac
Re: Voltmetar statičkog elektriciteta
« Odgovor #1 poslato: 02. Avgust 2009. u 18:11 »
Odlično Nele kao i uvek maher si za majstorluke i eksperimente  :super:
kao što si i sam naglasio svi koji bi se igrali sa ovim moruju biti maksimalno oprezni  :rules:

jedva čekam nastavak teme  :o
« Poslednja izmena: 02. Avgust 2009. u 18:23 Boce »

Van mreže Nele

  • **
  • Poruke: 1.011
  • Starost: 46
Re: Voltmetar statičkog elektriciteta
« Odgovor #2 poslato: 03. Avgust 2009. u 18:07 »
Hvala puno Boce! :)
Žao mi je samo što je malo vremena za bavljenje ovakvim stvarima, ali... koliko se može, radi se :)

Idemo dalje.

Van mreže Nele

  • **
  • Poruke: 1.011
  • Starost: 46
Re: Voltmetar statičkog elektriciteta
« Odgovor #3 poslato: 12. Avgust 2009. u 17:42 »
Evo i slike završenog uređaja,pre postavljanja u kutiju. On dakle meri napon u vazduhu, tj zelena lampica svetli kada napon pređe vrednost od 1300V, a crvena kada on pređe vrednost od 13000V. To je sve.



Prijemnik je naravno testiran u laboratoriji, pomoću uređaja za simulaciju groma, jednostavnog kaskadnog napajanja koje podiže jednosmerni napon na blizu 90000V, praveći jako glasne varnice dužine do 6cm.



Toliko o ovom uređaju. Sledi objašnjenje jednog malo komplikovanijeg, koji će služiti za slušanje i analizu atmosferskog pražnjenja, sa posebnim dodatkom - brojačem munja :)