An toàn của thác Villard

Con trai tuổi teen của tôi đã xây dựng hệ số nhân Cockcroft-Walton trong thời gian rảnh rỗi gần đây và tôi có thể có một chút lo ngại trong trường hợp nó tự điện giật mình. Mạch của anh ta được cung cấp bởi 4 tế bào AA nối tiếp (6V) và được đánh giá bằng khoảng cách tia lửa mà anh ta đã xoay sở để đạt được khoảng 6kV bằng cách sử dụng bộ tạo dao động và biến áp theo sau là thác Cockcroft-Walton. Vì anh ta xây dựng cái này trên một cái bánh mì đơn giản, không có lớp cách nhiệt giữa anh ta và các bộ phận của mạch điện, và anh ta đã nói với tôi rằng anh ta có một vài cú sốc.

Tôi là một nhà vật lý làm việc trong một trường đại học, vì vậy tôi đã tra cứu các quy định liên quan đến thiết bị gia dụng ở châu Âu và tôi nghĩ nó sẽ ổn (chúng tôi sử dụng các quy định tương tự để đánh giá các bản trình diễn máy phát điện Van der Graaf). Tổng điện dung của mạch tầng kết thúc ở khoảng 1nF, vì vậy ở 6000V, tổng điện tích phải là 6uC ​​mà tôi tin là an toàn (EN-60335-1) nhưng vì tôi không chắc là kỹ sư nên tôi không thể nói chắc chắn .

Câu hỏi của tôi là: tôi có nên ngăn con trai tôi xây dựng những thứ này không? Tôi luôn khuyến khích sự sáng tạo và tình yêu của anh ấy với đồ điện tử nhưng tôi không muốn anh ấy bị thương hay tệ hơn.

Bị sốc là tốt. Thả hàn trên quần áo và da là tốt. Đặt ngón tay trên các cạnh kim loại sắc nét là tốt. Con người tồn tại bằng cách khám phá. Con người học từ nỗi đau. Nếu không, chúng ta sẽ thu mình trong đầm lầy.

Khi còn bé, tôi cảm thấy 117 VAC râm ran qua các ngón chân, từ các máy biến áp điện cũ. Tôi học cách ngồi trên ghế gỗ và không chạm ngón chân xuống sàn bê tông.

Sau đó trong khi "hiệu chỉnh" máy hiện sóng, tôi đẩy phần lưng của phạm vi vào băng ghế phòng thí nghiệm kim loại, chạm vào hốc ống phạm vi EICO đến băng ghế, rồi nghiêng người về phía trước với phần trước của băng ghế qua áo sơ mi của tôi, và lại chạm vào ngực tôi qua chiếc áo đến khung gầm khi tôi đưa tay ra xa để điều chỉnh chiết áp "lấy nét". 3.000 volt trên ngực. Tôi ngồi, sững sờ, trong vài phút.

Nhưng tôi đã có thêm một vài bài học về điện áp cao vẫn phải học.

Hãy để con trai của bạn xem một số video điện áp cao chết.

Dạy cho anh ấy mẹo "giữ một tay trong túi" xung quanh điện áp cao.

EDIT: Sau đó có dòng điện cao; prof đại học kể về người bạn bị mất ngón tay trái, bởi vì nhẫn cưới kết thúc ở một dòng cao đường, làm cho chiếc nhẫn phát ánh sáng đỏ, giết chết trên da, cơ, gân, và xương.

Tôi cũng đã có IC điều khiển cổng MOSFET thổi ra khỏi gói, trong sự kiện "snapback lưỡng cực" khi các tụ lưu trữ 1.000 μF bên trong nguồn cung cấp phòng thí nghiệm khổng lồ của HP có nhu cầu giải phóng năng lượng của chúng vào 2 mm x 4 mm silicon của trình điều khiển cổng. Không ai trong chúng tôi, lơ lửng khá gần, bị bắn trúng. Nhưng sau đó, tôi luôn đặt một tờ giấy trên đỉnh mạch, để chặn bất kỳ sự sụt giảm năng lượng IC nào nữa. Năng lượng? Giả sử 1/2 * C * V ^ 2 = 0,5 * 1.000uf (không mở nguồn cung cấp HP) * 20v * 20v = 200 milliJoules giải thích lý do tại sao đầu nhựa DIP bị tắt. Và đã bỏ lỡ 6 con mắt của chúng tôi (tho tôi đeo kính).

EDIT: Công cụ điều khiển cổng bị tắt là do tình cờ, bởi vì tôi đã học được bài học và nhận ra sự nguy hiểm của năng lượng lưu trữ trong 1.000 mũ. Tôi đã học được cách trêu chọc con rồng trong việc đánh giá snapback lưỡng cực, chỉ cho phép 1.000 pF ngay trên Trình điều khiển cổng, với điện trở 220 to với Vdd (biến thực nghiệm). Sử dụng 1.000 pF chì dài (3 ″ đạo trình, tổng 6 hoặc 100 nanohenry) cùng với 1.000 pF bên ngoài và chất nền tốt trên chip ~ 1.000 pF, trong khi chuyển đổi các sự kiện, VDD_GND silicon sẽ sụp đổ và sau đó bật lại 5 hoặc 10 hoặc 15 volt trên mức 18 volt. Ở một mức độ nào đó, độ xoáy của vòng (100 vòng nH và 500 pF ở 22 MHz) đã tạo ra một lượng điện tích thoáng qua vào silicon mà xảy ra phản ứng lưỡng cực và VDD (được cung cấp bởi 1, 000 pF) sẽ bị hút xuống 16 hoặc 17 volt trong đó snapback sẽ tự dập tắt. Tôi đã chạy các thiết bị này, vào / ra snapback ở tốc độ 100 kHz, không bị hư hại, vì tôi đã chẩn đoán đường dẫn sạc tạm thời và nhận ra các quy tắc bố trí cần thay đổi. Sự tình cờ. Năng lượng? 0,5 * C * V ^ 2 = 0,5 * {tổng protoboard + silicon Cap = 2.000pF} * 31.6volts ^ 2 = 1.000pF * 1.000 (vol ^ ^ 2) = 1microJoule.

Nhiều thập kỷ trở lại, trở về từ bữa trưa, được yêu cầu đến phòng thí nghiệm và kiểm tra "các mảnh vỡ" trên băng ghế của XXXX. Có bảng dây 6panel (30 * 6 = 180 IC), nhiều IC có ngọn của chúng bị thổi bay. Hóa ra một dây treo một đầu bị lỏng đã cuộn tròn và xung quanh và dưới mép băng ghế trước và ** VÀO * tiếp xúc nóng của nguồn điện 117VAC. Vì vậy, ban quản lý muốn tất cả các kỹ sư và kỹ thuật viên và làm lại dân gian để hiểu được sự nguy hiểm của dây cáp xoắn lò xo bị treo.

Ahhhh Được chỉ định cung cấp chuyển đổi Tritek 400 watt trong vài tuần, vì một số lý do. Chỉ để cho tôi kinh nghiệm trong chuyển đổi; Tôi không phải là nhà thiết kế. Lặp đi lặp lại, các điện trở bảo vệ dây 5 ohm 5 watt hy sinh --- đã phát nổ, lõi gốm của chúng bị nổ ra từ vỏ tản nhiệt và trên lối đi giữa các băng ghế, dây điện trở chạy phía sau giống như dây dẫn cho tên lửa TOW. Chúng tôi học cách không cản đường.

Để đảm bảo an toàn và không có tiếng ồn trong các bộ khuếch đại công suất cao (100dB và 120dB), tôi đã học cách sử dụng pin 9volt "B" 3 "3". 4 Routine gây ra dao động, hầu như mọi lúc "pin cục bộ" với RC LPF trong giai đoạn VDD đến LNA. Khá nhiều bộ sưu tập mũ 5.000uF tôi có.

Trông có vẻ an toàn với những gì bạn mô tả, miễn là anh ta chỉ sử dụng pin và giữ cho các tụ điện nhỏ. Số nhân CW tăng điện áp nhưng giảm dòng điện nên sẽ chỉ có vài trăm microamp ở đầu ra.

EN60335-1 gợi ý rằng dưới 15kV miễn là tổng điện tích của một cú sốc nhỏ hơn 45 microcolumb thì không nên gặp nguy hiểm. Mạch của con trai bạn trông giống như cách dưới Q = CV. Rõ ràng nếu anh ta bắt đầu tăng điện áp cao hơn và cao hơn, anh ta sẽ cần phải giảm kích thước của mũ để giữ an toàn. Với 6000V và 1nF, bất kỳ "cú sốc" nào cũng sẽ có cảm giác giống như một cú sốc tĩnh từ tay nắm cửa. Nó cũng là một loại đầu ra tương tự mà các sản phẩm gia súc thương mại có.

Một đặc tính khác của các tầng CW là điện áp và dòng điện đầu ra phụ thuộc vào tải: điện trở của tải càng thấp thì dòng điện càng giảm, điều này làm cho chúng thực sự không hiệu quả nhưng cũng có thể tiết kiệm được thịt xông khói của bạn nếu bạn gắn vào nó.

Tôi cũng đồng ý rằng anh ta nên được giám sát, tôi nghĩ rằng gần như đi mà không nói.

Tôi nghĩ cách duy nhất để 4 pin AA (hoặc D, v.v.) nguy hiểm trong mạch là nếu một mạch như trên được sử dụng để sạc một tụ điện khổng lồ. Tôi có thể sai về điều đó mặc dù.

An toàn là một thuật ngữ tương đối, những gì an toàn cho một người có thể không dành cho người khác và như một chuyên gia tôi thực sự không thể nói với bạn rằng anh ta an toàn 100%. Nghe có vẻ như những năng lượng liên quan khá tầm thường, nhưng điều đó không có nghĩa là anh ta sẽ không móc nó lên một máy biến áp điện một giờ kể từ bây giờ để có được tia lửa lớn hơn. Ngoài ra, ngay cả với những giá trị này, anh ta có thể quá áp một tụ điện và khiến nó bị hỏng khá dữ dội. Kính an toàn sẽ là một ý tưởng tốt cho điều này, và các dự án khác.

Làm việc với điện luôn có rủi ro liên quan đến nó. Chúng có thể từ bị điện giật, nổ, bỏng, bắt lửa, tiếp xúc với hóa chất và một vài thứ khác. Điều đó chỉ đi kèm với bản chất của công việc.

Bạn có nên ngăn anh ta lại? Vâng, bạn có thể thử, nhưng bạn có thể tốt hơn để anh ấy được giáo dục đúng đắn về các rủi ro và các biện pháp an toàn mà anh ấy nên thực hiện để hạn chế sự tổn thương của mình đối với một sự cố. Những biện pháp đó nên bao gồm một hạn chế nghiêm ngặt rằng "Chúng tôi không chơi với điện khi không có ai xung quanh!" .

Có một số hướng dẫn đơn giản và phức tạp trên mạng.

Có lẽ dành một chút thời gian với anh ta trong khi anh ta đang thử nghiệm. Bạn có thể thích nó, và tôi chắc chắn con trai của bạn sẽ đánh giá cao nó.

BỔ SUNG: Là một phụ huynh, tôi sẽ thực hiện các biện pháp để đảm bảo rằng nơi các chàng trai đang làm việc được trang bị đúng cách. Các công cụ, thiết bị phù hợp, lỗi nối đất bị gián đoạn ổ cắm điện, ánh sáng, thông gió đều quan trọng.

NGUY HIỂM! Độ bền của việc xả nắp được xác định bằng năng lượng, không phải bởi coulomb.

Xem pdf: IEEE 2009: hệ thống phân loại nguy cơ điện

Nói chung, thật tệ khi để tụ điện của bạn đi vào phạm vi 10 joule trở lên. Đó là cho xả trên ngực của bạn, tất nhiên. Nguy hiểm đáng kể về tim bắt đầu khi xuất viện 20joule. Dưới 10joules, vấn đề chính là co thắt cơ bắp, bị cắt lát bằng cách đập các vật sắc nhọn, v.v.

0,001uF và 6KV cho 36 millomanles. Khá an toàn, nếu hơi đau.

Tuy nhiên, các hiệu ứng tim phụ thuộc vào mật độ năng lượng, không chỉ joules. Nếu bạn đâm một tụ điện đầu cuối sắc nhọn vào lồng ngực của bạn, năng lượng được cung cấp cho hệ thống tạo nhịp sẽ là các đơn đặt hàng có cường độ cao hơn so với nếu hai đầu nối tụ tương tự được chạm bằng hai tay.

Khi làm việc với các hệ thống xả nắp, chỉ sử dụng một tay. Bằng cách đó, sự phóng điện vô tình sẽ không đi qua ngực bạn. Hoặc tốt hơn nữa, luôn luôn rất sợ hãi và hoang tưởng rằng bạn sẽ phạm sai lầm và nhận được một cú đánh tồi. Một số sự tôn trọng nghiêm túc (nếu không phải là khủng bố tuyệt đối) đã đi xa trong việc khuyến khích nghiên cứu thích hợp trước đó và để tránh phát triển bất kỳ hành vi rủi ro không biết gì khi làm việc với tụ điện kilovolt.

Có một vài gợi ý về "cung cấp năng lượng từ pin, thời gian". Có một lý do chính đáng để không làm điều đó với các thí nghiệm trong đó một vài kilovolt được tạo ra ngay cả khi sử dụng nguồn điện kết nối chính an toàn thông thường và nó không thực sự được đề cập ở đây.

Điện áp cao trong một lượng (dòng điện duy trì tối đa, năng lượng dự trữ) mà thông thường không thể gây ra nhiều thiệt hại vĩnh viễn cho bạn vẫn mang lại ít nhất những mối nguy hiểm sau:

• nó có thể phá vỡ lớp cách điện từ sơ cấp đến thứ cấp ngay cả trong một nguồn cung cấp năng lượng mạnh mẽ - trong trường hợp xấu nhất là vĩnh viễn, vì vậy những thứ không được coi là nguồn điện trực tiếp được kết nối bây giờ là . Ngay cả một nguồn cung cấp năng lượng được xây dựng hoàn hảo theo tiêu chuẩn an toàn cũng có khả năng bị lỗi cách điện nếu bạn cố gắng đặt hơn 3-4kV so với trái đất vào bất kỳ thiết bị đầu cuối nào của nó do nhầm lẫn

• Điện áp cao hồ quang thực sự dễ dàng. Nếu bạn cố gắng tạo ra một vòng cung chống lại bất cứ thứ gì có nguồn điện trực tiếp trên nó (có thể là một đầu nối cách điện không hoàn hảo gần thiết lập của bạn, giống như một nắp dây không được cắm vào ổ cắm suốt hoặc một thứ gì đó lộ ra qua lỗ thông gió trong nguồn điện trường hợp cung cấp ...), vòng cung này hiện là một dây dẫn hoàn toàn có khả năng dẫn bất cứ thứ gì được kết nối với nó (nếu bạn may mắn, vòng cung chỉ tồn tại cho đến khi có một điểm giao nhau bằng AC.).