Кіріспе

Жоғары электростатикалық потенциалға байланысты зарядталған бөлшектердің ағыны. Иондық жел, иондық жел, короналық жел немесе электрлік жел – электр зарядтарына байланысты туындайтын зарядталған бөлшектердің ауа ағыны, бұл кейбір өткір өткізгіштердің (мысалы, ұштар немесе жалақтар) жерге қатысты жоғары кернеуге түсуінен пайда болатын корона разрядымен байланысты. Иондық жел – электрогидродинамикалық құбылыс. Иондық жел генераторларын электрогидродинамикалық итергіштер деп қарастыруға болады. "Иондық жел" термині, құбылысқа негізінен оң және теріс иондар ғана қатысады деген қате түсінікке байланысты, дұрыс емес деп саналады. 2018 жылғы зерттеуде электрондардың теріс кернеу кезеңінде теріс иондардан гөрі үлкен рөл атқаратыны анықталды. Осыған байланысты, "электрлік жел" термині одан да дәл терминология ретінде ұсынылған. Бұл құбылыс қазір MIT иондық жел ұшағында қолданылуда, ол 2018 жылы жасалған алғашқы қатты күйдегі ұшақ болып табылады.

Тарих

Б. Уилсон 1750 жылы осы короналық разрядқа байланысты кері итеру күшін көрсетті, ал иондық қозғалтқышқа дейінгі алғышарт – короналық разрядты қозғалтқыш жеңілдігі болды. Бос айналатын жеңілдіктің ұштары өткір нүктелерге иілген қолынан шығатын короналық разряд ауаға кеңістіктік заряд береді, бұл нүктені тебіледі, себебі нүктенің және ауаның полярлығы бірдей. 1709 жылы Лондон Корольдік қоғамының аспаптар сақтаушысы Фрэнсис Хоксби электр жел туралы алғашқы баяндама жасады. Майрон Робинсон 1950 жылдары осы құбылысқа қызығушылықтың жаңаруы кезінде кең ауқымды библиографиялық және әдебиеттік шолуды аяқтады. 2018 жылы Оңтүстік Корея мен Словения зерттеушілері Шлирен фотосуреттерін пайдаланып, иондық желдің пайда болуында электрондар мен иондардың маңызды рөл атқаратынын тәжірибе жүзінде анықтады. Бұл зерттеу иондық желге жауапты электрогидродинамикалық күштің зарядталған бөлшектердің итеруінен туындайтынына алғашқы тікелей дәлел келтірді, яғни электрондар мен иондар бейтарап бөлшектерді ығыстырып жібереді. 2018 жылы MIT зерттеушілерінің тобы иондық желмен қозғалатын алғашқы ұшақтың прототипін, MIT EAD Airframe Version 2, жасап, сәтті ұшырды.

Механизм

Дипольдарға байланысты жергілікті зарядталуды қоса алғанда, өткізгіштердегі таза электр зарядтары олардың сыртқы бетінде (Фарадей торын қараңыз) толығымен орналасқан және тегіс беттерге қарағанда өткір нүктелер мен жиектерде көбірек шоғырлануға бейім. Бұл өткір өткізгіш нүктедегі зарядтар тудыратын электр өрісі, сол зарядтардың үлкен, тегіс, шар тәрізді өткізгіш қабықта орналасқандағы өрістен әлдеқайда күшті екенін білдіреді. Электр өрісінің күші короналық разрядтың басталу кернеуінің (CIV) градиенті деп аталатын шамадан асқанда, ол ұшындағы ауаны иондайды және өткізгіш ұшта плазманың кішкентай, әлсіз күлгін шоғы қараңғыда көрінеді. Жақын орналасқан ауа молекуласын иондау, зарядталған ұштың полярлығымен бірдей полярлыққа ие иондалған ауа молекулаларының n буынын тудырады. Содан кейін ұш, ұқсас зарядталған ион бұлтын тебіледі, ол иондардың өзара тебілуінің нәтижесінде бірден кеңейеді. Иондардың осы тебілуі ұшынан шығатын электрлі "жел" тудырады, әдетте ұштағы ауа қысымының өзгеруіне байланысты сызылу дыбысы естіледі. Егер ұш жерге берік бекітілмесе, кері соққыға ұшырауы мүмкін, оған қарама-қарсы күш әсер етеді. Ионды жел генераторы кері функцияны орындайды, яғни қоршаған ортаның желін иондарды жылжыту үшін пайдаланады, олар жиналып, электр энергиясын өндіреді.