DETEKTOR ELEKTRO-STATICKÉ ELEKTŘINY VE VZDUCHU A VSUDE KOLEM NÁS
Zapojení funguje jednoduše.
Přes rezistor u antény se omezí výkon náboje, který je následně zesílen 3 tranzistory v Darlingtonovu zapojení ( zesílení tranzistorů se násobí ) – ( 3x NPN pro kladné náboje a 3x PNP pro záporné náboje ) a následně blikne led.
Pro zajímavost zapojíte-li v tomto zapojení např. 6x NPN tak vám bude takové zapojení detekovat přítomnost člověka na 0,5-1,5 metru, nebo dokonce průlet většího hmyzu.
SEZNAM SOUČÁSTEK
Q1,Q2,Q3…… BC
Q4,Q5,Q6…… BC
R1,R2…………..
R4,R6…………..
Napájecí baterie 9V
2x anténa 10-15cm Cu drát
Tento jednoduchý detektor umí detekovat náboje statické elektrřiny a to kladné i záporné. Pro kladné standartně používáme červenou led a pro záporné zelenou, nebo modrou led.
Detektor dále umí detekovat elektrické polem v kabelu pod napětím a to tak, že obě světelné diody svítí současně.
Určitě jste si každý všiml, že Vám občas dá elektrickou ránu klika, nebo dokonce i svetr, nebo pravítko. Protože elektro-statická elektřina je všude kolem nád a samozřejmě mohou být její náboje ve svetru, stole i rostlině nezávisle na tom, zda se jedná o elektricky vodivý materál, nebo nevodivý materiál.
Výrobní soubory pro PCB ke stažení ZDE
Elektrostatický náboj je fyzikální veličina, při které vzniká elektrická energie. K vytvoření náboje je nutná interakce mezi dvěma předměty, nejčastěji pomocí tření. Předměty mohou mít pevné i kapalné skupenství. Elektrostatický náboj se dá vytvořit i třením dlaní o sebe či při česání.
Tento náboj se též nazývá IONT a protože v dalším textu se již budeme babit více odborně, tak zde je vysvětlení co znamená IONT:
IONT je kladně nebo záporně elektricky nabitá částice atomární velikosti (atom, molekula, někdy také skupina atomů či molekul), tedy taková, kde celkový počet elektronů se liší od celkového počtu protonů.
Kladný náboj vzniká odebráním jednoho nebo více elektronů z orbitalů atomu. Vzniklá částice patří mezi ionty, přesněji kationty. V kationtech je menší počet elektronů než protonů a proto kationty mají kladný náboj.
Částice, které mohou mít elektrický náboj:
Náboj může být kladný (+) nebo záporný (–). Kladný elementární náboj e má proton, záporný elementární náboj –e má elektron. Protony a elektrony jsou v atomu v rovnováze, proto se atom navenek jeví jako elektricky neutrální.
el. parametr vzduchu, ovlivněný počtem a pohyblivostí ve vzduchu existujících nosičů el. náboje, tj. iontů. Elektrickou vodivost vzduchu poprvé zjistil Ch. A. Coulomb (1795), vysvětlena byla koncem 19. století J. P. L. J. Elsterem a H. F. Geitelem.
Elektrická vodivost vzduchu závisí na hustotě iontů a roste přibližně exponenciálně s výškou. Ve výšce 18 km je vodivost asi o dva řády vyšší než u země. Ve výšce 50 km nad zemí má vzduch tak vysokou vodivost, že může být považován za dobrý vodič. Elektrický náboj, který dosáhne této výše, se proto rovnoměrně rozdělí okolo zeměkoule. Modelově si lze s jistým zjednodušením představit, že atmosférave výšce nad 50 km a povrch Země tvoří jakoby dvě desky koncentrického kulového kondenzátoru. Za klidného ovzduší, tj. za jasné oblohy nebo při malé oblačnosti beze srážek, mlhy, silného větru apod., má zemský povrch záporný a atmosféra převažující kladný náboj. Elektrické pole v atmosféře se při tomto rozložení náboje považuje za kladné. Prům. elektrický gradient klidného ovzduší je u zemského povrchu asi 130 V.m–1, hustota náboje na povrchu země je přibližně1,1 . 10–9 C.m–2, takže celkový záporný náboj zemského povrchu je asi 0,5 miliónu C. Hustota elektrického proudu mezi povrchem země a horní vrstvou atmosféry se odhaduje při klidném ovzduší na 3.10–12 A.m–2, což pro celý zemský povrch představuje asi 1500 A. Tato hodnota však není dosahována v reálné atmosféře, neboť asi polovina Země je zahalena oblaky. Elektrická vodivost vzduchu vzrůstá s výškou, avšak vertikálně tekoucí elektrický proud zůstává s výškou prakticky konstantní, z čehož vyplývá, že el. gradient s výškou klesá, a je tudíž největší při zemi.
Elektrická vodivost vzduchu roste s výškou, což svědčí o rozhodující roli kosmického záření při atmosférické ionizaci. Určitý doplňující vliv však má i radioaktiní záření zemského povrchu, popř. příměsí rozptýlených přímo v atmosféře. Ve výškách přibližně nad 60 km lze už vzduch považovat za takřka dokonale vodivé prostředí, zatímco v blízkosti zemského povrchu je elektrická vodivost vzduchu velmi malá. Na elektrické vodivosti vzduchu se podílejí především malé ionty, představované ionizovanými molekulami nebo shluky několika molekul nesoucími nejčastěji jeden elementární náboj. Větší elektricky nabité aerosolové částice přispívají k elektrické vodivosti vzduchu jen málo, neboť jsou v el. poli relativně málo pohyblivé. Nejrůznější aerosolové částice naopak ve vzduchu zachycují malé ionty, a tím tyto nejdůležitější nositele proudu vyřazují. Elektrická vodivost vzduchu je proto silně snížena např. ve znečištěném vzduchu pod zadržujícími vrstvami a v oblacích nebo mlhách, kde jsou malé ionty zachycovány vodními kapičkami a ledovými částicemi. Obecně je elektrická vodivost vzduchu nad oceány větší než ve více znečištěném kontinentálním vzduchu.
Čím je sušší vzduch, tím má vyšší izolační hodnoty a tím více se materiály a předměty při tření nabíjejí. Například při otevření plastového sáčku v extrémně suchém vzduchu s relativní vlhkostí 10 až 20 % může vzniknout elektrické napětí až 20 000 voltů.
Pomocí tohoto jednoduchého detektoru lze sledovat jak se mění nabité náboje ve vzduchu s příchodem bouřky, na rozdíl od stavu kdy je sucho a teplo a vzduch má sníženou vlhkost.
Na téma statická elektřina se dá dohledat mnoho různých středoškolských prací, různé studie apod. Dále se lze dočíst informace na toto téma i na stránkách chmi.cz v meteorologickém slovníku.