Якою має бути напруга на електроді аероіонізатора
Справді, фраза про марність аероіонізаторів із напругою на електроді менше 20. 25 кВ повторюється протягом кількох десятків років у різних публікаціях, а також у виступах з радіо та телебачення. Значення її цілком зрозуміло: не треба робити іонізатори з меншою напругою, або не треба купувати такі, якщо їх хтось і виробляє.
Після знайомства з нею у багатьох виникає природне запитання: а чому? І якщо пояснення не буде, то реакція на подібну заяву буде нульовою. А якщо фраза живе десятки років, то є і вагоме пояснення!
Почав шукати це пояснення і ось що знайшов.
А.Л.Чижевський у "Посібнику із застосування іонізованого повітря у промисловості, сільському господарстві та в медицині" від 1959 року писав:
У цій же роботі дещо раніше:
У своїй фундаментальній роботі "Аероіоніфікація у народному господарстві" у 1960 році Чижевський писав:
А ось, що написав про іонізацію кисню в 1990 році М.М.Лившиць у своїй монографії "Аероіоніфікація. Практичне застосування".
Б.С.Іванов, відомий ентузіаст та популяризатор ідей А.Л.Чижевського, у своїй статті "Люстра Чижевського" - своїми руками" (Радіо, №1, 1997 р.) написав:
Ну як вам ці аргументи на користь високої напруги на електроді та високоенергетичних іонів? Переконливі? Напевно, для більшої частини населення це переконливо. Тому що вона (бпробільша частина) лінива і довірлива. Але у людей, які є фахівцями, наведені цитати можуть викликати зовсім інші реакції.
Спробуймо розібратися в цьому питанні. І почнемо з першої процитованої фрази А.Л.Чижевського про те, що для виходу електронів з поверхні гострих люстр вони повинні мати певну кінетичну енергію.
Це звичайно так, оскільки вільні електрони, що є у величезній кількості в металевих голках, не можуть вийти за їх межі через те, що на кордоні метал-повітря для електронів існує потенційний (енергетичний) бар'єр величиною не менше 1 ев, асредняятеплова (кінетична) енергія електронів за кімнатної температури становить лише 0,025 эВ. Електрони в твердому тілі можна розглядати як електронний газ у посудині, стінки якого є граничними поверхнями тіла та проникні для електронів. Ця проникність тим вища, що більший тиск електронного газу (кінетична енергія електронів) і менше висота та ширина енергетичного бар'єру. Щоб залишити поверхню металевого електрода, електронам потрібна додаткова енергія, рівна або велика виходу (величині енергетичного бар'єру).
Але де її взяти, якщо голка холодна? Тому Чижевський задля досягнення електронної емісії використовував дуже сильне електричне поле, що утворюється на кінцях металевих голок при подачі на них високого негативного електричного потенціалу. У цьому кінетична енергія електронів (тиск електронного газу) збільшується, т.к. електричне поле метал практично не проникає, і електрони немає можливості у ньому розігнатися. А ось висота та ширина потенційного бар'єру на поверхні падає, і у електронів зростає ймовірність тунельного проходження крізь бар'єр. Це явище випромінювання електронів із поверхні тіла під впливом електричного поля називається електростатичною (автоелектронною) емісією. Щільність електронного струму з поверхні за такого виду емісії зростає зі збільшенням електричного поля (напруги) за експоненційним законом. Тобто така емісія не має порогової залежності віднапруги електричного поля на кінці голки.
Тому фраза А.Л.Чижевського про те, що "для надання електронам необхідної енергії при викиді з металевих гострий слід подати на люстру струм напругою не менше 20-25 кіловольт", обумовлена, швидше за все, низькою чутливістю наявних у його розпорядженні вимірювальних приладів.
p align="justify"> Електростатична емісія з вістря спостерігається і при напрузі 100 В. У цьому процесі основну роль відіграє не напруга, а напруженість електричного поля на поверхні електрода. А вона, у свою чергу, залежить від напруги, відстані між електродами (між "люстрою" і підлогою, стінами, стелею), та гострою заточкою електрода. Саме останній фактор і дозволяє отримувати прийнятні для практики емісійні струми з холодних електродів навіть за напруги менше 1 кВ.
Фраза Чижевського у тому, що ". негативні аероіони починають стікати з гострий при напрузі щонайменше 20-25 кіловольт " , є дуже невдалої вульгаризацією фізичних процесів, що відбуваються, т.к. аероіони з вістря не стікають, а утворюються в повітряному просторі в процесі протікання коронного розряду поблизу вістря "люстри".
Далі звернемося до наступної, ключової в розумінні Чижевського і повторюваної багатьма його послідовниками, фразі: "Крім того, електрон, що вилетів з металу, повинен мати ще додаткову кінетичну енергію, щоб іонізувати молекули повітря або його складової частини, - кисню. Ця енергія іонізації молекули має бути рівною не менше ніж 34 електрон-вольтам".
У цьому висловлюванні змішані між собою як мінімум два протилежні за змістом фізичні явища: - ударна іонізація молекул газу шляхом відриву від них електронів (освіта позитивно заряджених аероіонівта вільних електронів); - іонізація молекул за допомогою приєднання (захоплення) ними надмірного вільного електрона (освіта негативно заряджених аероіонів).
Позитивно заряджені іони можуть утворюватися з будь-яких атомів і молекул, і для цього обов'язково треба зробити роботу з відриву електронів від цих частинок. Розмір цієї роботи чи енергія іонізація залежить, передусім, від будови атома, тобто. від його належності до певного хімічного елемента. За будь-якого виду електричного розряду в газі утворюються позитивні іони і вільні електрони. Природно, як і за електричних розрядах у атмосфері Землі позитивні іони утворюються теж. Повітря на 80% складається з азоту і на 20% - з кисню (інші складові враховувати доки не будемо). З довідника фізичних величин знаходимо, що енергія іонізації молекули азоту дорівнює 15,58 эВ, а молекули кисню - 12,07 эВ. Це енергії іонізації одноразово заряджених молекул (перший ступінь іонізації), коли вони не вистачає по одному електрону. Для досягнення другого ступеня іонізації вже потрібні енергії 29,6 еВ та 35,12 еВ відповідно для азоту та кисню.
Інший процес – отримання негативних іонів. Виявляється, властивістю приєднувати зайвий електрон мають далеко не всі атоми та молекули, та їх здатність до приєднання електронів називається спорідненістю до електрона. Для більшості атомів і молекул, що мають цю властивість, приєднання зайвого електрона відбувається не тільки без витрати енергії ззовні, а навіть з її виділенням. Тому в процесі захоплення електрона енергія, що вивільнилася, випускається у вигляді фотона, або передається іншій квантовій частинці (атому або молекулі).
Звернемося тепер доN2 іO2. Виявляється, що азот спорідненістю до електрона взагалі немає, а енергія спорідненості (енергія, що виділяється при захопленні електрона) для кисню дорівнює 1,46 эВ (для атомаO) і 0,44 эВ (для молекулиO2).
При порівнянні висловлювань Чижевського та його послідовників із достовірними науковими даними бачимо, збіг є, але з точністю до протилежного знаку заряду! Енергія першого ступеня іонізації кисню (одноразово заряджений позитивний іон) за різними оцінками лежить в інтервалі 12. 13,6 еВ, а другого ступеня іонізації (дворазово заряджений позитивний іон) - 34. 35,12 еВ.
Але хіба ці іони кисню Чижевський називав цілющими? Хіба про них говорили Лівшиць, Іванов, Бизов та інші, як про біологічно активні і довго живуть, здатні дійти до бронхів? Звичайно, вони мали на увазі негативні іони кисню! Але, як випливає з довідкових даних, ці іони такої енергії мати не можуть. Значить А.Л.Чижевський та її послідовники помилково приписували благотворну роль високоенергетичним іонам кисню з енергією 34 эВ, т.к. це позитивно заряджені іони, проти яких вони активно і висловлювалися.
Тож на що впливає величина напруги на іонізуючому електроді аероіонізатора? Звичайно, на концентрацію аероіонів, створюваних приладом, і на радіус його дії.
І насамкінець смію стверджувати, що негативні іони кисню, отримані за допомогою іонізаторів різних конструкцій, і мають різні напруги на іонізуючих електродах (аж до одиниць кіловольт), по фізіологічному впливу на живі організми відрізнятися не можуть. При цьому слід підкреслити особливо, що ефективність самих іонізаторів, звичайно, залежить від конструкції та режиму роботи. Але це вже окрема тема.