Como fazer uma poderosa escada Jacob a partir de um transformador de microondas com suas próprias mãos

O desejo de escrever este post foi motivado por esta foto de uma conferência de estudantes de uma universidade técnica.



- Vi o que os alunos mostraram na conferência? - perguntou um amigo, mostrando uma fotografia.
Uau! Isso está completo *****! E você estava aí?
- Sim, eu me aproximei deles, conversei, mas eles não me ouviram. O que eu poderia fazer ???

E, de fato, o que pode ser feito. Depois de conversar com os amigos, decidiu-se escrever este post no qual falaremos um pouco sobre "Jacob's Ladder", nossa própria experiência na fabricação dessas instalações, e explicaremos por que essa fotografia causou tanta emoção.



A escada de Jacob é uma instalação que consiste em uma fonte de alimentação de alta tensão e dois eletrodos localizados em um plano vertical em ângulo um com o outro. Portanto, a distância inferior entre eles é menor que a superior, e foi escolhida dependendo da tensão da fonte de energia, para que a quebra de ar entre os eletrodos ocorresse independentemente. Durante sua operação, é possível observar a formação e o movimento do arco elétrico da parte inferior (inferior) para a parte superior dos eletrodos. Esse efeito é explicado pelo fato de o arco ser constituído por plasma aquecido a 5000-7000 ° C, aquecer o ar ao seu redor e, graças às correntes de convecção do ar aquecido, sobe, puxando o cabo do arco por trás dele. Se você tirar uma foto alta com uma velocidade de obturador longa, poderá obter uma foto incomum (veja acima) que se parecerá com uma escada de uma história bíblica:


Paisagem com um sonho (de um sonho) de Jacob, Michael Wilman, aprox. 1691

A escada de Jacob demonstra efetivamente toda uma cadeia de fenômenos físicos. E não posso permanecer indiferente a essa atitude, porque amo a física, sou um popularizador convencido da ciência desde os meus dias de estudante e, nos últimos anos, venho desenvolvendo exposições para museus de ciência. Alguns leitores do habr provavelmente lembram que fabricamos a maior bobina de Tesla na Ucrânia . Quem leu o artigo percebeu que a maior parte da atenção era dedicada não tanto à fabricação da bobina, mas a questões de segurança.

Na foto no início do post, vemos como os eletrodos desencapados são diretamente acessíveis aos participantes da conferência. Qualquer pessoa que acidentalmente (por curiosidade) toque nos eletrodos provavelmente morrerá. No entanto, é melhor que Sergey Alexandrovich, um hobby com grande experiência na fabricação de bobinas de Tesla, escadas de Jacob, ionofones, multiplicadores de tensão e apenas um grande fã de transformadores de todas as formas e tamanhos, me fale sobre os perigos óbvios e não óbvios das instalações de alta tensão :)

No hub , ele é apelidado de Frost273 ; a propósito, ele é o autor da maior bobina de Tesla na Ucrânia. Em seguida será o seu texto.

Podemos dizer com confiança que toda pessoa moderna, em uma situação ou outra, enfrentou o fenômeno da eletricidade, e às vezes não quando ele próprio o desejava. Se levarmos em conta os jovens (se não o corpo, a alma) e os barbudos (há garotas que gostam de engenharia elétrica aqui?) Técnicos, ou seja, eles são atraídos principalmente pelo título do artigo, então não há ninguém que não tenha sofrido um choque elétrico, seja uma fonte de energia desmontada ou um capacitor não descarregado, o fato permanece. E como você, amigo, agora está lendo este artigo, ainda está vivo e pode contar sobre a sua experiência nos comentários.

No entanto, com algumas instalações elétricas em funcionamento, a desatenção se torna o último erro cometido na vida. Um experimento com a fabricação da escada de Jacob também pertence a uma classe de dispositivos tão perigosa.

Especialmente as escadas de Jacob, "no coração", das quais existe uma fonte de alimentação de alta corrente, um plugue transformador de micro-ondas que pode liberar menos de 500 mA (0,5 amperes), dependendo do modelo do forno de micro-ondas.

E agora, por um segundo, uma mesa para refrescar a memória de um assunto tão familiar como OBZH.


Exposição humana à corrente elétrica

E estou pronto para confirmar que, mesmo assim, pequenos valores de uma corrente alternada que flui pelos dedos de 0,001 amperes (1 mA) são poucos que parecem ser uma sensação agradável. E quanto mais desagradável esse sentimento, mais repentinamente ele surge. Descobri isso quando era professor de uma instituição de ensino superior, quando tinha o desejo e a audácia de diversificar as aulas de engenharia elétrica para alunos do terceiro ano, realizando experimentos aplicados com eletricidade.

Voltando à mesa, podemos ver que, com qualquer corrente alternada fluindo pelo corpo por mais de 15 mA, há uma ameaça à saúde e à vida de uma pessoa saudável. Uma pessoa que tem problemas cardíacos já está em risco por valores mais baixos.

Também quero observar que o spread nos valores da tabela, por exemplo, para correntes de liberação (10 ... 15 mA), depende de uma combinação de cinco fatores adicionais, além da magnitude da corrente em si:

• tensão
• resistência à pele humana (aqui a presença de lesões de pele e área de contato também afeta)
• duração da exposição (a conta passa uma fração de segundo);
• frequência de corrente elétrica;
• caminho do corpo .

Do último parágrafo, segue-se que a corrente fluirá através do corpo e dos órgãos vitais somente se houver dois pontos de contato com potenciais diferentes. Como exemplo, acho que todos vocês podem se lembrar de como viram pássaros sentados nos fios das linhas de energia, apesar do fato de que pode haver tensão de 380 V ou 10 kV ou superior. Essa invulnerabilidade dos objetos do mundo animal que estão em contato direto com os fios é explicada pelo fato de eles adquirirem o potencial elétrico dos fios e a corrente não fluir através deles. E em conexão com as dimensões dos pássaros, a magnitude da corrente de fuga através da superfície de seus corpos para o meio ambiente é pequena e segura. A mortalidade ocorre apenas quando o pássaro quer limpar o bico na trave. Infelizmente, esses incidentes são aterradores . Mesmo distraído ...

Eu queria transmitir a idéia de que, neste tópico, não há lugar para a romantização da morte por choque elétrico. O experimentador não tem 100% de probabilidade de se tornar o Dr. Manhattan.



Sim, e provavelmente não se tornará ninguém, embora isso não seja preciso. Desde a chance de permanecer vivo, embora pequeno, é. Mas a grande probabilidade do que está disponível é:

1. Para experimentar distúrbios no trabalho do sistema cardiovascular, órgãos respiratórios, sistema nervoso ...
2. Faça uma queimadura elétrica (uma combinação harmoniosa de queimaduras térmicas e químicas).
   Quando ocorre um choque elétrico, a resistência do nosso corpo não entra em nossas mãos, uma vez que uma quantidade suficientemente grande da corrente que flui nos tecidos se transforma em calor, o que causa necrose de coagulação nos pontos de entrada e saída da pele, bem como nos músculos e vasos sanguíneos pelos quais a corrente flui. O que, por sua vez, leva ao desenvolvimento de trombose, geralmente em locais afastados da superfície do corpo, o que diminui significativamente o processo de regeneração dos tecidos. Além disso, o próprio plasma sanguíneo sofre eletrólise durante o fluxo de corrente, o que o torna inadequado para desempenhar suas funções diretas de transporte de oxigênio.
   
   Além disso, existe o perigo de ignição de roupas em contato com um arco elétrico. Imagine como é inconveniente extinguir suas roupas com membros paralisados.
   
   
   Foto de uma área eletrocutada do corpo humano (a censura está presente)
   
   Não se deve esperar que o arco elétrico deixe uma bela queimadura na forma de uma figura de Lichtenberg na superfície do corpo, pois essa forma de dano só é possível quando atingida por eletricidade estática, seguindo o exemplo de um raio.
   
   Quero lembrar que o nível de tensões usado no experimento Jacob's Ladder foi inicialmente orientado para a formação de um arco elétrico.
3. Queimaduras na retina devido à exposição à radiação ultravioleta severa de uma descarga elétrica.
   
   Devo admitir que me entreguei a este dispositivo em casa, é claro, com medidas de segurança e com óculos adicionais equipados com proteção UV, mas as áreas desprotegidas do meu rosto que o sol não tinha visto durante os longos meses de inverno permaneceram completamente antiestéticas bronzeado manchado.

Algo assim.

Agora, leitor, suspenda sua curiosidade de um lado da balança e, no segundo, os recursos acima da estrutura da escada de Jacob. Não é mais seguro assistir vídeos com eletricidade em um aconchegante YouTube?

Preparação da montagem

Se você ainda pretende firmemente fazer essa instalação maravilhosa, aqui estão os primeiros pontos necessários:

Ponto 0 (principal). Não use mot
Item adicionado por recomendação de Neuromantix , lorc e Firelander

OIT (Transformador de Microondas ou Transformador de Microondas) é um dispositivo incrivelmente perigoso. Nunca o use! O uso de outras fontes de alta tensão com uma corrente mais baixa reduzirá significativamente a probabilidade de alguém ser morto. No entanto, o perigo de danos irreparáveis ​​à saúde permanece.

Ponto 1. Selecionamos isolamento



Isso pode não ser óbvio, mas os materiais de isolamento usuais que lidam perfeitamente com tensões de até 500 V param de funcionar em quilovolts. Em altas tensões, papel, madeira, madeira compensada, aglomerado, fibra de papelão, papelão e até poeira na superfície da placa de circuito impresso podem se tornar condutores! Os fios também devem ser selecionados com isolamento classificado para a voltagem apropriada. Portanto, o cabo do cabo de extensão categoricamente não se encaixa!

Ponto 2. Preparamos a sala

Monte a instalação em um piso seco, incombustível e não condutor. Deve haver um espaço vazio ao redor da instalação para que, no caso de queda dos eletrodos, ninguém e nada sejam afetados. Aqui está um vídeo instrutivo em que a instalação estava indo para a mesa e caiu diretamente no experimentador:



Felizmente, devido à montagem frágil dos eletrodos, a corrente quebrou e o herói do vídeo não teve tempo de morrer. No entanto, nem todo mundo tem tanta sorte, recentemente as notícias surgiram sobre como um estudante matou Jacob na garagem enquanto montava as escadas . Nem gatos, nem cães, nem pássaros, nem outros animais podem ficar em ambientes fechados. Eles podem prender / bloquear a instalação no momento mais inoportuno, distrair ou enfraquecer os fios.



E o mais importante , que nenhum dos forasteiros tinha a capacidade física de entrar na sala, e não apenas pelo período de trabalho, mas também pelo tempo em que a instalação estivesse lá.

Item 3. Caso

É necessário refletir sobre a estrutura da caixa com antecedência, para que ninguém possa tocar fisicamente os componentes elétricos da instalação em funcionamento, especialmente os eletrodos. Quando fizemos a primeira escada de Jacob para o centro da ciência, as colocamos atrás das grades com uma fechadura e atrás do vidro:



Quando não há sala separada, montamos a instalação em um prédio protegido, com as seguintes regras:

1. É usada uma fonte com corrente de até 30 mA.
2. A instalação é removida dos observadores, eles não podem tocar o corpo.
3. Uma pessoa responsável está sempre presente perto da instalação.

Ponto 4. Não trabalhe sozinho

Em primeiro lugar, é necessário que durante todos os lançamentos de teste esteja presente uma pessoa que esteja pronta para desligar a energia e fornecer atendimento médico de emergência de maneira qualificada. Em segundo lugar, deve haver um adulto que esteja pronto para assumir a responsabilidade por incêndio, lesão ou até morte, o que pode ocorrer em uma combinação desfavorável de circunstâncias.
Talvez essa não seja uma lista completa, convido você a complementá-la nos comentários, acrescentarei pontos importantes ao artigo.

Esquemas e instruções de montagem

Desculpe, caro leitor, eu o enganei - não haverá instruções e esquemas, e não tenho vergonha. Estou certo de que tudo isso você pode encontrar facilmente na Internet. O design é tão simples que qualquer aluno pode montá-lo. No entanto, antes de prosseguir com a assembléia, pergunte-se: você está pronto para o fato de que seu ente querido pode sofrer?

PS
Sim, a manchete é amarela e a postagem não traz novas informações para o público-alvo da Habr. No entanto, espero que o artigo ocupe o devido lugar nos resultados da pesquisa e seja lido por muitos entusiastas, e talvez até salve o iniciante da morte.

UPD 1: Primeiras descobertas da pesquisa e comentários

A partir das 23:59 de 14 de junho, os resultados da pesquisa são os seguintes:



Pode parecer que nem tudo é tão assustador - as pessoas são atingidas por alta tensão e todos estão saudáveis, ainda mais porque 77 comentários confirmam isso. No entanto, isso não é totalmente verdade. Porque há um erro do sobrevivente , porque apenas o sobrevivente pode falar sobre sua experiência. Além disso, li atentamente os comentários e não consegui encontrar um único estojo quando alguém realmente atingiu uma alta tensão. A grande maioria dos comentários compartilha a experiência de contato com 100-220 V. Apenas alguns sofreram um choque de curto prazo com a descarga do capacitor, o que não é tão ruim quanto o contato contínuo com o secundário da OIT.
Acrescentarei que apenas uma pessoa que eu conhecia tinha experiência em interagir com alta tensão. Quando éramos crianças, ele foi para a subestação ...
... Ele estava morrendo dolorosamente devido a um grande número de queimaduras por cerca de 15 minutos, e parecia terrível. Talvez seja por isso que sofro de um grave distúrbio da tuberculose.