Вот мы тут «носимся» с полупроводниками, всевозможными сложными этапами их производства, легированием, p-n переходами и прочим… «А счастье было так близко» — приходило ли вам в голову, что в качестве диода может работать любое обычное пламя, например, от свечки?! А в качестве триода?! :-)
Но для начала, немного предыстории…
Совсем недавно, в другом контексте, мы разбирали необычные выпрямители, в качестве которых, обнаружили для себя, очень интересный их механический тип, в ходе чего, рассмотрели целый ряд их типов, и, для удобства, один из них приведу снова здесь, так как он имеет самое прямое отношение к тому, что мы будем рассматривать далее…
Ртутно-дуговые выпрямители — появившись ещё в начале XX века (1902 г., хотя сам эффект был открыт несколько раньше — в 1882 г.) впервые позволили обеспечить для технических задач мощный источник (на сотни ампер и более) выпрямления переменного тока — как мы там в статье узнали, в конце XIX века прошла так называемая «война токов» — рыночно-техническое соревнование между системами постоянного и переменного тока.
Результат нам всем известен: по крайней мере, для широкого применения и передачи электричества на большие расстояния, — победила система питания на базе переменного тока.
Но, появление этой системы автоматически породило и проблему: существовавшая на тот момент инфраструктура, появившаяся несколько ранее, и «заточенная» на постоянный ток требовала некоторых способов его выпрямления…
Как мы узнали, одним из способов такого выпрямления явились (больше по вынужденности, так как ничего другого, более хорошего не было, на большие нагрузки) так называемые «умформеры» — грубо говоря, подвид электродвигателей, позволявший трансформировать переменный ток в постоянный, с помощью импульсного его отбора от обмоток.
Тем не менее, описываемые события относились больше к концу XIX века (несмотря на то, что умформеры вполне себе дожили и до наших дней, в качестве нишевого устройства), тогда как в XX веке, уже появились упомянутые выше ртутно-дуговые выпрямители, более надёжные, уже в силу хотя бы того, что у них не было в конструкции механики:
Как можно понять уже по самому названию, подобные выпрямители представляли собой прибор, с вакуумированным объемом внутри и, если мы посмотрим на последнюю схему выше, то нам станет многое понятно: суть заключалась в том, что здесь за основу был взят тот же самый принцип, что и позднее в электронных лампах — испускание электронов нагретым электродом.
Как можно видеть, на дне такого устройства находится небольшая лужица ртути (4) — для запуска устройства, кратко подавался ток на поджигающий электрод (3), что приводило к появлению на поверхности ртути раскаленного пятна; далее этот электрод отключался, и ток уже шёл между катодом (2) и анодом (1).
Таким образом, в процессе работы, один электрод (нижний) всегда имел раскалённое пятно, а верхний был существенно холоднее — таким образом, при подаче на это устройство одной полярности — ток от нижнего электрода к верхнему шёл, в то время как при другой полярности (от верхнего к нижнему) — практически нет, из-за его охлаждённого состояния.
В процессе работы, пары ртути проводили ток с минимальным сопротивлением, а испарившаяся ртуть, конденсировалась и возвращалась обратно, к катоду (стекая по стенкам), что делало катод практически вечным.
Аппараты подобного типа проработали достаточно долго и сослужили свою службу, в виду отсутствие чего-то лучшего…
Однако, этот исторический экскурс нас интересует постольку, поскольку подобный принцип может быть применён (и даже активно применяется!) Не только для вакуумированных объёмов, но и при атмосферном давлении!
Одним из самых известных применений подобного принципа является изготовление детекторов пламени разного рода, которые позволяют отслеживать в реальном времени — горит ли пламя в конкретной горелке? Обычно, это используется в нагревателях разных типов, так как понятно, что в виду широкого использования газового топлива для подобных горелок, погасание пламени может быть весьма чревато, если за этим не смотреть…
Поэтому, система питания подобных котлов обычно устроена таким образом, что как только пламя погасло — подача газа автоматически отключается.
Классическая конструкция датчика представляет собой соблюдение тех же принципов, которые мы видели выше — одного горячего и одного холодного электрода: для более простого достижения подобного, горячий электрод — делают относительно тонким, штыреобразным и помещают его прямо в поток пламени, тогда как второй электрод — изготовляют максимально большим по площади, располагая на несколько большем расстоянии от пламени.
Несмотря на температурную ионизацию газов в струе пламени (и, соответственно, токопроводность их) — пламя обладает достаточно большим сопротивлением, в виду чего, между горячим и холодным электродом создают относительно большую разницу потенциалов 80…120 (и даже более) вольт, чтобы создать уверенный ток через эту зону сопротивления.
Например, в видео ниже можно видеть, что в качестве горячего электрода используется штырь, помещённый прямо в пламя, тогда как в качестве холодного электрода используется сам корпус горелки:
Датчики пламени подобного рода, использующие токопроводность пламени являются одними из многих (и не единственными), которые могут применяться для этих целей — например, по этой ссылке можно найти весьма большой список, с кратким описанием датчиков, на иных принципах.
Логично было бы предположить, что проводимость пламени будет увеличиваться/уменьшаться (при прочих равных) с увеличением ионизации — и это действительно так, потому что подобный принцип проводимости пламени используется и в анализаторах, позволяющих определить количество ионов углерода, которые даёт сгорание конкретного газа — другими словами, этот принцип может быть использован для анализа выбросов двигателей внутреннего сгорания или горелок разного рода.
Точный механизм образования ионов при этом процессе до конца не известен, но известно, что он позволяет обнаружить массовую долю углеродосодержащих агентов (например, каких-то газов, загрязнителей):
Как можно видеть по картинке выше, анализируемый газ (А) подаётся в горелку, где горит водородное пламя (водород нужен, так как пламя на его основе не содержит углерода).
В результате, образуется факел пламени, насыщенный углеродом в некоторой степени, что приводит к протеканию электрического тока через него, и, возможности соответствующего его анализа с помощью программных средств.
Возвращаясь к теме выпрямления токов, нельзя не упомянуть и ещё об одном поразительном эксперименте, который можно провести с помощью пламени — как мы знаем, радиопередача представляет собой высокочастотные колебания электромагнитных волн, где, для их прослушивания раньше применяли так называемые детекторы откуда и берут твоё название детекторные радиоприёмники — по сути, это были первые примитивные диоды, выпрямлявшие высокочастотный радиосигнал и делавшие его доступным для прослушивания.
Однако, интересно, что в качестве такого выпрямляющего средства может быть использован и наш подход — с помощью обычного пламени, как, например, и демонстрирует видео ниже:
Правда, как здесь можно видеть, — использован несколько более сложный подход, без чистого нагрева одного из двух электродов — один из электродов покрыли бурой, чтобы увеличить ионизацию пламени, так как чистое пламя спиртовой горелки даёт слишком мало зарядов; соответственно, насколько я понимаю, это такой «лайфхак» — чтобы оно вообще работало — хотя, по идее, наверное, можно было бы взять просто другой источник пламени, с теми же результатами (например, природный газ).
Однако, с тех времён (когда впервые появились детекторные приёмники), прошло достаточно много времени, и, в наше время, было бы странно останавливаться на таких же результатах с выпрямлением сигнала для простого приёмника — и кое-кто пошёл существенно дальше: как вам, например, понравится полноценная электронная лампа-триод, только работающая в условиях атмосферного давления, без какого-либо вакуума, а в качестве рабочей среды так же используется пламя?!
Но тем не менее, именно это и было проделано: один из энтузиастов взял пропановую горелку и поместил в неё электрод, обмазанный поваренной солью (так было в одном из вариантов, однако, в дальнейшем, он заменил обмазку на битартрат калия — что, как он пишет, существенно увеличило ионизацию).
Затем, несколько за пределами пламени расположил второй электрод, подключенный к плюсу блока питания, а между ними расположил сеточку-змеевик, на которую также подал отрицательный потенциал.
В результате, он произвёл ряд экспериментов, где в ходе одного из них продемонстрировал усиление звука, подключая источник звука к сетке: соответственно, управляя величиной её отрицательного потенциала, можно либо отталкивать пытающиеся пролететь в положительному контакту электроны — обратно в пламя (откуда они и пытаются вылететь), либо — в некоторой степени пропустить, уменьшая отрицательный потенциал на сетке.
В результате, был проведён ряд экспериментов, как с усилением звука, так и с созданием генератора (мультивибратора) — которые можно увидеть в видео ниже:
Полное описание схемы эксперимента от его автора, а также сопутствующие комментарии, желающие могут найти здесь.
Подытоживая, можно отметить, что несмотря на кажущуюся странность, выпрямление с помощью пламени — вполне реальный процесс, как мы могли убедиться сами, где, на базе него, могут быть собраны достаточно удивительные устройства, в которых, впрочем, всё достаточно логично, если изучить их подробно…Кроме того, как мы видим, можно пойти даже существенно дальше и собирать на базе пламени даже практически полноценные устройства, похожие по принципу действия на электронные лампы и использовать его для ряда других полезных применений…
Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным провайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.
