Авторы
Глушкова В.С.
Организации
ФГБОУ ВО НИУ "Московский авиационный институт"
Сессия
Космическое приборостроение и эксперимент
Форма представления
Устный
Научный руководитель
Егорова Светлана Сергеевна
Место работы научного руководителя
МБОУ СОШ №12, г. Королёв, Московская обл.
Текст тезисов
Видеоролик о работе (начало исследования): https://youtu.be/pyOGuut2dsE
Идея работы появилась при наблюдении горячей резки пенопласта. Вокруг раскалённого металла есть облако электронов. Электронами управляют в радиолампах-магнетронах. Нельзя ли управлять электронами с помощью магнитного поля не только в магнетронах, но и в обычных радиолампах?
Установка с мощной лампой-пентодом ГУ-81М была изготовлена Молочной А.А., но с другой целью [1]. Теперь цель другая – изучить реакцию электронов на магнитное поле для практического применения.
Первый опыт самый простой. На созданной установке был разогрет катод. В отличие от работы [1], на анод было подано напряжение. Высокое рабочее напряжение, до 3000 В, для первого опыта не нужно, достаточно всего 15 В, достаточно для регистрации эффекта. Магнитное поле создавалось двумя способами: сильным неодимовым магнитом или соленоидом вокруг лампы. В обоих случаях магнитное поле изменяло анодный ток. Методика опыта очень простая. Надо приближать и удалять магнит, глядя на показания амперметра. В качестве амперметра применялся аналоговый стрелочный прибор-мультиметр Ц4311 Эффект есть, магнитное поле уменьшало анодный ток на 200 мкА. Конечно, магнетронный эффект слабый, но надо учесть, что радиолампа ГУ-81М не является магнетроном. После первого опыта был сделан вывод о наличии магнетронных возможностей в обычных радиолампах.
Второй опыт предполагал усиление магнитного поля. Для этого изготовили соленоид, намотали на стеклянный баллон лампы ГУ-81-М. Диаметр соленоида 12 см. При таком большом диаметре соленоида нужна большая сила тока, десятки ампер. В школьной лаборатории таких источников питания нет. Но даже без них можно обойтись, если воспользоваться свинцовым аккумулятором с напряжением 12В. Провод соленоида толстый, осветительный, как говорят электрики, 3 квадрата, то есть с площадью поперечного сечения 3 кв.мм. Сила тока большая, потому что это ток короткого замыкания замыкание свинцового аккумулятора. Силу тока в соленоиде не измеряли, потому что амперметр с пределом измерения 20А зашкалило, а других в лаборатории пока нет.
Во втором опыте сила тока уменьшилась на 50 мА, то есть магнетронный эффект стал в 250 раз сильнее, чем в первом опыте.
Третий опыт. Было бы идеально провести следующий опыт с диодом. Но сначала был найден очень удобный для опыта триод 6С7Б. Это маленькая радиолампа в миниатюрном исполнении. Триод был включен в режим диода, сетка соединена с анодом. Делать это нельзя, рабочее напряжение сетки отрицательное, Но лампа была переведена в режим генераторного триода с малым анодным напряжением, всего +15 Вольт, что вполне допустимо. Электромагнит стандартный школьный, ток короткого замыкания от свинцового аккумулятора с напряжением 12 Вольт. На второй установке были проведены измерения. Методика измерений более сложная, чем в первых опытах. Если в первых опытах было только по одному измерению, то теперь было решено построить вольт-амперную характеристику лампового триода 6С7Б-В при напряжениях между анодом и катодом от 0В до +15В. Таких характеристик нужно две. Первая строится в обычном режиме, а вторая с подключённым соленоидом. Казалось бы, абсолютная величина уменьшения анодного тока увеличивается при возрастании анодного напряжения, как показано на левом графике. Но относительная величина уменьшается, как показано на правом графике. Это связано с увеличением скоростей электронов. Быстрым электронам труднее отклониться, поэтому для них магнетронный эффект слабее. Напротив, медленным электронам легко отклониться от движения к аноду, поэтому ток анода в магнитном поле уменьшается значительнее.
Четвёртый опыт вызвал наибольший интерес [2]. Что будет, если в мощной радиолампе ГУ-81М анодное напряжение полностью убрать? Термоэлектронов вокруг катода много. Среди них есть очень быстрые, способные долететь до анода даже без анодного напряжения. Тогда должен появиться анодный ток. Это электрический ток термоэмиссии. Так и получилось. Светодиод АЛ-307 засветился от тока термоэмиссии 3 мА, при рабочем токе 10 мА. Значит радиолампа ГУ-81М является термоэмиссионным преобразователем тепловой энергии в электрическую. Правда, эффект очень слабый, коэффициент полезного действия оказался 0,02%. Но надо помнить, что радиолампа – это не термоэмиссионный преобразователь, у неё другое назначение. Зато именно радиолампа ГУ-81М позволила показать опыт по термоэмиссионному электричеству. В школах такие опыты обычно не показывают. Радиолампа позволила создать учебную школьную установку для демонстрации быстрых («шальных») электронов в распределении Максвелла-Больцмана.
Вывод. Определены четыре практические применения магнетронного управления электронами: использование скрытых возможностей радиоламп, создание новых приборов, управление термоэлектричеством, магнетронная защита людей и аппаратуры от потоков заряженных частиц в космическом пространстве.
Литература
1. Глушкова В.С. Магнетронные свойства радиоламп / Сборник тезисов. V Всероссийская с международным участием школа-конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Материалы и технологии XXI века». 30 ноября – 2 декабря 2022 г. - Отв. ред. А.В. Герасимов. [Электронный ресурс] – Казань.: КФУ, 2022. – С.275.
2. Глушкова В.С. Магнетронные возможности вакуумных радиоламп (определение направления научных исследований). – Фестиваль науки «Гении Подмосковья 2022. Осенняя сессия». – Город Королёв, Московская область 20 ноября 2022 г.
Идея работы появилась при наблюдении горячей резки пенопласта. Вокруг раскалённого металла есть облако электронов. Электронами управляют в радиолампах-магнетронах. Нельзя ли управлять электронами с помощью магнитного поля не только в магнетронах, но и в обычных радиолампах?
Установка с мощной лампой-пентодом ГУ-81М была изготовлена Молочной А.А., но с другой целью [1]. Теперь цель другая – изучить реакцию электронов на магнитное поле для практического применения.
Первый опыт самый простой. На созданной установке был разогрет катод. В отличие от работы [1], на анод было подано напряжение. Высокое рабочее напряжение, до 3000 В, для первого опыта не нужно, достаточно всего 15 В, достаточно для регистрации эффекта. Магнитное поле создавалось двумя способами: сильным неодимовым магнитом или соленоидом вокруг лампы. В обоих случаях магнитное поле изменяло анодный ток. Методика опыта очень простая. Надо приближать и удалять магнит, глядя на показания амперметра. В качестве амперметра применялся аналоговый стрелочный прибор-мультиметр Ц4311 Эффект есть, магнитное поле уменьшало анодный ток на 200 мкА. Конечно, магнетронный эффект слабый, но надо учесть, что радиолампа ГУ-81М не является магнетроном. После первого опыта был сделан вывод о наличии магнетронных возможностей в обычных радиолампах.
Второй опыт предполагал усиление магнитного поля. Для этого изготовили соленоид, намотали на стеклянный баллон лампы ГУ-81-М. Диаметр соленоида 12 см. При таком большом диаметре соленоида нужна большая сила тока, десятки ампер. В школьной лаборатории таких источников питания нет. Но даже без них можно обойтись, если воспользоваться свинцовым аккумулятором с напряжением 12В. Провод соленоида толстый, осветительный, как говорят электрики, 3 квадрата, то есть с площадью поперечного сечения 3 кв.мм. Сила тока большая, потому что это ток короткого замыкания замыкание свинцового аккумулятора. Силу тока в соленоиде не измеряли, потому что амперметр с пределом измерения 20А зашкалило, а других в лаборатории пока нет.
Во втором опыте сила тока уменьшилась на 50 мА, то есть магнетронный эффект стал в 250 раз сильнее, чем в первом опыте.
Третий опыт. Было бы идеально провести следующий опыт с диодом. Но сначала был найден очень удобный для опыта триод 6С7Б. Это маленькая радиолампа в миниатюрном исполнении. Триод был включен в режим диода, сетка соединена с анодом. Делать это нельзя, рабочее напряжение сетки отрицательное, Но лампа была переведена в режим генераторного триода с малым анодным напряжением, всего +15 Вольт, что вполне допустимо. Электромагнит стандартный школьный, ток короткого замыкания от свинцового аккумулятора с напряжением 12 Вольт. На второй установке были проведены измерения. Методика измерений более сложная, чем в первых опытах. Если в первых опытах было только по одному измерению, то теперь было решено построить вольт-амперную характеристику лампового триода 6С7Б-В при напряжениях между анодом и катодом от 0В до +15В. Таких характеристик нужно две. Первая строится в обычном режиме, а вторая с подключённым соленоидом. Казалось бы, абсолютная величина уменьшения анодного тока увеличивается при возрастании анодного напряжения, как показано на левом графике. Но относительная величина уменьшается, как показано на правом графике. Это связано с увеличением скоростей электронов. Быстрым электронам труднее отклониться, поэтому для них магнетронный эффект слабее. Напротив, медленным электронам легко отклониться от движения к аноду, поэтому ток анода в магнитном поле уменьшается значительнее.
Четвёртый опыт вызвал наибольший интерес [2]. Что будет, если в мощной радиолампе ГУ-81М анодное напряжение полностью убрать? Термоэлектронов вокруг катода много. Среди них есть очень быстрые, способные долететь до анода даже без анодного напряжения. Тогда должен появиться анодный ток. Это электрический ток термоэмиссии. Так и получилось. Светодиод АЛ-307 засветился от тока термоэмиссии 3 мА, при рабочем токе 10 мА. Значит радиолампа ГУ-81М является термоэмиссионным преобразователем тепловой энергии в электрическую. Правда, эффект очень слабый, коэффициент полезного действия оказался 0,02%. Но надо помнить, что радиолампа – это не термоэмиссионный преобразователь, у неё другое назначение. Зато именно радиолампа ГУ-81М позволила показать опыт по термоэмиссионному электричеству. В школах такие опыты обычно не показывают. Радиолампа позволила создать учебную школьную установку для демонстрации быстрых («шальных») электронов в распределении Максвелла-Больцмана.
Вывод. Определены четыре практические применения магнетронного управления электронами: использование скрытых возможностей радиоламп, создание новых приборов, управление термоэлектричеством, магнетронная защита людей и аппаратуры от потоков заряженных частиц в космическом пространстве.
Литература
1. Глушкова В.С. Магнетронные свойства радиоламп / Сборник тезисов. V Всероссийская с международным участием школа-конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Материалы и технологии XXI века». 30 ноября – 2 декабря 2022 г. - Отв. ред. А.В. Герасимов. [Электронный ресурс] – Казань.: КФУ, 2022. – С.275.
2. Глушкова В.С. Магнетронные возможности вакуумных радиоламп (определение направления научных исследований). – Фестиваль науки «Гении Подмосковья 2022. Осенняя сессия». – Город Королёв, Московская область 20 ноября 2022 г.