Ученые исследовали это интересное явление и научились воспроизводить огни святого Эльма в лабораторных условиях.
Рис. 86. Огни святого Эльма.
Эти огни — один из видов электрического разряда, возникающего только на остроконечных, игольчатых или проволочных электродах и при давлении воздуха, близком к атмосферному. Такой разряд получил название «коронного». Коронному разряду кашли неожиданное и весьма остроумное применение, он стал исполнять обязанности трубочиста-дымоулавливателя и сортировщика пылевых частиц.
Внутри металлической трубы, диаметром около полуметра и длиной до 10 метров, натягивают тонкую проволоку. Получается прибор, подобный газотрону, только очень больших размеров — с трехэтажный дом. Тонкая проволока по середине трубы служит катодом, а стенки трубы — анодом. Между ними поддерживается постоянное высокое напряжение в десятки тысяч вольт.
Благодаря тому, что поверхность отрицательного электрода — проволоки — очень мала по сравнению с площадью внутренней стенки трубы — положительного электрода, — электрическое поле в трубе весьма неоднородно. Оно очень сильно у проволоки и слабо у стенок трубы. Поэтому ионизация газа и образование короны происходят только вокруг проволоки. Только здесь заметно свечение, только здесь образуются ионы. Ток через всю толщу воздуха в трубе поддерживается образовавшимися около проволоки отрицательными ионами.
Сквозь трубу прогоняют подлежащие очистке топочные газы. Содержащиеся в них частицы несгоревшего топлива и золы притягивают к себе отрицательные ионы и сами заряжаются отрицательно. Зарядившись, все эти пылинки под влиянием электрического поля начинают двигаться к аноду — к стенкам трубы и оседают на них. Разрядившись у стенок трубы, пыль легко отделяется от нее и ссыпается в специальные бункера.
Таким образом удается улавливать до 99 % дымовых частиц.
Количество дыма, выбрасываемого фабрично- заводскими трубами большого промышленного города, достигает чудовищных размеров. Одним из самых неблагоустроенных в этом отношении городов является Лондон.
За год на территорию Лондона выпадает свыше 125 тысяч тонн дымовых и зольных частиц. Если бы оседающие на лондонских улицах дымовые частицы не смывало дождем, если бы их ежедневно не убирали, британская столица давным-давно была бы засыпана золой и сажей до самых крыш. Загрязнение воздуха лишает лондонцев половины солнечного света.
Советское правительство, проявляя повседневную заботу об охране здоровья трудящихся, издало особое постановление об охране атмосферного воздуха. Этим постановлением запрещено вводить в эксплуатацию предприятия и котельные установки, не оборудованные приборами — фильтрами для очистки газов.
Очистку производят разными способами, и очень часто наиболее пригодными оказываются электрофильтры с коронным разрядом.
Частицы различного химического состава по разному ведут себя в электрическом фильтре. Одни движутся скорей, другие — медленней. Это позволяет не только осаждать частицы дыма и пыли, но и сортировать их. Фильтры с коронным разрядом могут отделять вредные частицы от безвредных, годные для использования — от негодных.
Фильтры, сконструированные советскими инженерами и физиками, служат в цехах, размалывающих цемент и фосфориты, не допуская напрасных потерь этих веществ. На химических заводах фильтры улавливают капельки серной кислоты и других ценных продуктов, которые раньше беспрепятственно улетали с топочными газами и через вентиляционные трубы. Одновременно с очисткой воздуха электрофильтры сберегают эти ценные материалы.
Глава девятая. Борьба за короткие волны
Неожиданное открытие
В двадцатых годах нашего столетия чуть ли не в каждом городе строилась радиостанция. Многие любители обзаводились собственными передатчиками. Каждый работал на той волне, какая ему больше нравилась: в эфире образовалась вредная неразбериха.
Тогда было предпринято распределение радиоволн между государствами и типами станций. Волну в 600 метров выделили исключительно для подачи сигналов бедствия — SOS. Длинные волны предоставили широковещательным станциям. Короткие волны, считавшиеся негодными для устойчивой и дальней связи, уступили радиолюбителям.
По тогдашнему мнению специалистов короткие волны позволяли вести передачу всего лишь на 20–30 километров. Дальнейшие события скоро опровергли это заблуждение.
В 1923 году радиолюбители на волне около 20 метров установили двустороннюю связь через Атлантический океан. Специалисты были удивлены: маленькая коротковолновая радиостанция, мощностью всего лишь в 40 ватт, сделала то, чего не могли добиться длинноволновые станции в десятки киловатт. Короткие волны, которые, как казалось, не могли преодолеть даже 50 километров, перенесли человеческое слово на расстояние в 10 000 километров.
В Советском Союзе подобные опыты по организации связи на коротких волнах были выполнены профессором М. А. Бонч-Бруевичем и В. В. Татариновым. Они установили круглосуточную связь Москвы с Ташкентом и Владивостоком передатчиками мощностью в несколько десятков ватт (на волнах 15–30 метров).
Ученые, инженеры, радиолюбители занялись исследованием свойств радиоволн короче 50 метров.
Эти волны распространяются очень своеобразно. Известен такой курьезный случай. Однажды в окрестностях Рима возник большой пожар. Телефон бездействовал. Вызвать пожарную команду было невозможно. Один из местных радиолюбителей-коротковолновиков стал посылать в эфир сигналы бедствия. В это время какой-то датчанин вел двусторонний разговор с римским радиолюбителем. Приняв сигналы бедствия, датчанин немедленно сообщил своему римскому собеседнику, чтобы тот вызвал пожарную команду. Через 8 минут после подачи сигнала римские пожарные выехали на место. Так связь с Римом была установлена… через Копенгаген.
Чтобы выяснить дальность действия радиопередатчиков, сделали опыт. Возле длинноволновой радиостанции поместили коротковолновую. Оба передатчика работали несколько суток подряд.
На автомобиль погрузили два радиоприемника. Один из них принимал передачу длинноволновой станции, другой — коротковолновой. Силу сигналов, принимаемых каждым из приемников, отмечал на телеграфной ленте записывающий автомат.
Автомобиль-лабораторию отправили в путь. По мере удаления автомобиля слышимость коротковолнового передатчика быстро падала. На расстоянии около 50 километров она исчезла совершенно. Передача длинноволновой станции была слышна хорошо, хотя сила принимаемых сигналов и ослабела, но совсем не в такой мере, как у коротковолнового передатчика.
На пятисотом километре слышимость длинноволновой станции пропала, но зато появились сигналы коротковолнового передатчика. Вскоре они достигли полной силы и были слышны так, как будто автомобиль находился возле самой станции. И сколько бы лаборатория ни удалялась от радиостанции, сила сигналов уменьшалась очень медленно.
Существование «мертвого» пространства вокруг коротковолнового передатчика и малая зависимость силы приема от расстояния на большом удалении от передатчика навели на мысль, что короткие волны распространяются не вдоль земной поверхности, как предполагали раньше, а иным путем, и что на расстоянии в несколько тысяч километров радиоприемник улавливает не прямые сигналы радиостанции, а отражение этих сигналов. Нужно было найти то зеркало, от которого отражаются радиосигналы.
Еще в 1920 году М. В. Шулейкин указывал, что следует изучить верхние слои атмосферы. Воздух на высоте в 90 километров над землей сильно ионизирован ультрафиолетовым излучением солнца. Ионизированные газы, как и все проводники, отражают короткие радиоволны.
Следовательно, те сигналы коротковолновой станции, которые распространяются вдоль земной поверхности, быстро слабеют и гаснут. Сигналы же, посланные вверх, достигают ионизированных слоев воздуха — ионосферы — и отражаются от нее, как от зеркала, обратно к земле. Попав на влажную землю или на морскую поверхность, они вновь отражаются к ионосфере, чтобы потом опять вернуться к земной поверхности (рис. 87).