Свч воздействие на металлы
Обновлено: 27.09.2024
Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Абраменко Никита Сергеевич, Хайбулов Асхат Загидуллович
Представлены результаты нестандартного применения резонансно-микроволнового генератора. Доказана целесообразность использования микроволновой энергии для плавления металлов . При этом конструкция печи требует изменений и доработки.
Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Абраменко Никита Сергеевич, Хайбулов Асхат Загидуллович
Текст научной работы на тему «СВЧ Металлургия»
Абраменко Никита Сергеевич, магистрант группы 1ЕМ41, Хайбулов Асхат Загидуллович, студент группы 10290 Юргинский технологический институт Национального исследовательского Томского политехнического университета
Аннотация. Представлены результаты нестандартного применения резонансно-микроволнового генератора. Доказана целесообразность использования микроволновой энергии для плавления металлов. При этом конструкция печи требует изменений и доработки.
Ключевые слова: микроволновая печь, металл, СВЧ, плавление
Микроволновая печь была случайно изобретена американским инженером Перси Спенсером в 1945 году [1]. В Советском Союзе, с середины 80-х годов выпускались микроволновые печи, на которых использовались магнетроны, японского производства. С момента поступления микроволновой печи в массы, она стала объектом пристального внимания энтузиастов. Была проведена масса разнообразных опытов, в том числе и с печальным исходом.
Проведён последовательный поиск различных источников информации о нестандартном применении микроволновой печи. Помимо различных способов приготовления пищи, и видеороликов, демонстрирующих поведение различных предметов под действием СВЧ волн, была найдена технология, заключающаяся в создании, так называемых свободно парящих СВЧ-плазмоидов, с помощью микроволновой энергии [2]. Такой вид разрядов нужен для нужд энергетики -зажигание угольной пыли. Наиболее впечатляющие результаты получаются, если при инициации плазменных разрядов в резонаторе (в камере) микроволновой печи используется элемент из металла, например, медная, стальная и др. проволочка, а также инициатор из углерода или органики. Испарившиеся в СВЧ-поле и превратившиеся в плазму мельчайшие количества вещества инициатора образуют каркас (основу) для плазмоида эллипсоидной формы, размером около 1/2 длины волны. Плазмоид, поглощая микроволновую энергию, все больше
превращает воздух внутри себя в плазму, тем самым накапливает внутри тепловую энергию. Замыкая на себя СВЧ-поле печки, он понижает добротность резонатора (камеры), препятствует рождению нового плазмоида. Всплывая вверх под действием Архимедовой силы, он практически не меняют своих размеров и, ударившись о верхнюю стенку камеры СВЧ-печи, тихо "умирает", отдав запасенную тепловую энергию стенке и освободив камеру для рождения нового плазмоида.
Вторая найденная технология производит спекание стекла (фьюзинг) [3]. Позволяет работать со всеми стёклами - прозрачным, матовым, и разноцветными. Температура фьюзинга 600-900 °С. Применяется для изготовления кулонов, украшений и пр.
Промышленные СВЧ печи не нашли иного предназначения, кроме быстрого разогрева пищи. Однако их стоимость намного выше бытовых моделей. Не зависимо от других энтузиастов была выдвинута теория, согласно которой, возможно плавление металла в микроволновой печи. Так же найдена информация о похожем эксперименте, где уже применялась СВЧ печь для плавления металлов в домашних условиях. Изучив найденную технологию, было принято решение проверить её самостоятельно.
Для достижения целей проверки необходимо выполнить следующие задачи:
- внесение ряда конструкционных изменений в СВЧ печь;
- обеспечение пожарной безопасности на всём протяжении процесса плавления.
Отличительной чертой современных бытовых СВЧ печей является малая их стоимость, по сравнению со специальными плавильными камерами. В данной работе рассматриваются плавильные печи малой мощности, предназначенные для выплавки металла в небольшом объеме.
Известно, что в состав пищи входит вода, поэтому микроволновая печь для разогрева генерирует микроволны частотой 2450 МГц, именно эта частота особенно эффективная при разогреве воды, которые создаются микроволновым резонансном генераторе (далее по тексту РМГ).
За основу экспериментальной установки была взята бытовая микроволновая печь, с неисправной охлаждающей системой. Мощностью магнетрона 1200 Вт.
Были внесены различные изменения в конструкцию:
1) Произведена полная замена системы охлаждения взамен сломанной.
Замена включает в себя
- установку двух вентиляторов на вдувание воздуха из окружающей среды на магнетрон. Третий располагается сверху и выдувает горячий воздух из внутреннего пространства, где расположена вся электроника.
- добавление преобразователя переменного напряжения из 220 вольт в номинал постоянного тока 13.3 вольта, который используется для питания
вентиляторов. Преобразователь имеет плавкий предохранитель.
2. Из рабочей камеры была удалена тарелка, а также двигатель, который вращал её.
Установленные узлы и агрегаты системы охлаждения изготовлены машинным способом. Соединительные провода имеют сечение, достаточное для устойчивой работы без создания пожарной опасности.
Термодатчики установлены в самых нагреваемых местах и отключают питание печи при нагреве свыше 150 градусов Цельсия. Эти факторы способствуют безопасной эксплуатации установки.
Плавильный тигель был сделан вручную из бруска электродного графита и представляет собой стаканчик небольшого размера.
Следующий этап - создание теплоизоляционной печи, в которую помещают тигель с металлом. В нашем случае печь составлялась в рабочей камере экспериментальной установки из блоков минеральной ваты.
В результате произведенных операций была создана Резонансная Микроволновая Тигельная Печь 1 модели (далее по тексту РМТП-1).
Расплавляемый металл помещается в плавильный тигель. Тигель размещается в теплоизоляционной печи, которую и помещают в рабочую камеру экспериментальной установки. В качестве материала печи можно использовать и другие материалы-аналоги.
Если металл имеет температуру плавления ниже 800 градусов Цельсия (Алюминий, Дуралюмин, Цинк), то допустимо применять теплоизоляционную печь без огнеупорных обмазок. Для частого плавления, с целью повышения устойчивости внутренней части печи к выгоранию, достаточно покрыть её изнутри огнеупорной обмазкой, когда обмазка выгорает, наносят новый слой.
Плавление металлов и сплавов (Бронза, Латунь, Медь, Чугун), с температурой плавления выше 800 градусов Цельсия, требует знаний о составе и работе со специальными огнеупорами.
Для плавления металла в нём создаются вихревые токи Фуко [4]. Токи Фуко возникают под воздействием переменного электромагнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в линейных проводах. Они вихревые, т. е. замкнуты в кольце. Электрическое сопротивление массивного проводника мало, поэтому токи Фуко достигают очень большой силы.
Преимущества использования данной установки:
- простота устройства печи и технологии процесса;
- самая низкая стоимость;
- меньше утомляемости и больше удовольствия от процесса;
- минимум рабочего пространства;
Результатом проделанной работы стало создание экспериментальной установки, способной плавить металлы. Поставленные задачи удалось выполнить в полном объёме.
Проведенный опыт по плавлению металла подтвердил найденную информацию. Удалось расплавить кусочки дюралюминия (температура плавления ~650 градусов Цельсия). Так же, было выявлено, что установленные и штатные узлы и агрегаты работают должным образом.
На всем процессе эксперимента не создавалось пожароопасных ситуаций. Для локализации возможного пожара, вызванный работой РМТП был приготовлен Углекислотный Огнетушитель вместимостью 2 литра предназначенный для тушения электроустановок, находящихся под напряжением до 1000 В. Массой 6,5 кг.
4. Неразрушающий контроль: справочник: В 7т. Под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 2: В 2 кн.-М.:Машиностроение, 2003.-688 с.: ил.
В микроволновой печи скрывается мощное и опасное СВЧ оружие
Этот пост будет про недокументированные функции микроволновой печи. Я покажу, сколько полезных вещей можно сделать, если использовать слегка доработанную микроволновку нестандартным образом.
В микроволновке находится генератор СВЧ волн огромной мощности
Мощность волн, которые используются в микроволновке, уже давно будоражит моё сознание. Её магнетрон (генератор СВЧ) выдаёт электромагнитные волны мощностью около 800 Вт и частотой 2450 МГц. Только представьте, одна микроволновка вырабатывает столько излучения, как 10 000 wi-fi роутеров, 5 000 мобильных телефонов или 30 базовых вышек мобильной связи! Для того, что бы эта мощь не вырвалась наружу в микроволновке используется двойной защитный экран из стали.
Вскрываю корпус
Сразу хочу предупредить, электромагнитное излучение СВЧ диапазона может нанести вред вашему здоровью, а высокое напряжение вызвать летальный исход. Но меня это не остановит.
Сняв крышку с микроволновки, можно увидеть большой трансформатор: МОТ. Он повышает напряжение сети с 220 вольт до 2000 вольт, что бы питать магнетрон.
В этом видеоролике я хочу показать, на что способно такое напряжение:
Антенна для магнетрона
Сняв магнетрон с микроволновки я понял, что включать просто так его нельзя. Излучение распространится от него во все стороны, поражая всё вокруг. Не долго думая я решил смастерить направленную антенну из кофейной банки. Вот схема:
Теперь всё излучение направленно в нужную сторону. На всякий случай я решил проверить эффективность этой антенны. Взял много маленьких неоновых лампочек и выложил их на плоскости. Когда я поднёс антенну с включенным магнетроном, то увидел, что лампочки загораются как раз там где нужно:
Необычные опыты
Сразу хочу отметить, СВЧ значительно сильнее влияет на технику, чем на людей и животных. Даже в 10 метрах от магнетрона, техника давала сильные сбои: телевизор и муз-центр издавали страшный рычащий звук, мобильный телефон вначале терял сеть, а потом и вовсе завис. Особо сильное влияние магнетрон оказывал на wi-fi. Когда я поднёс магнетрон близко к музыкальному центру, с него посыпались искры и к моему удивлению он взорвался! При детальном осмотре обнаружил, что в нём взорвался сетевой конденсатор. В этом видео я показываю процесс сборки антенны и влияние магнетрона на технику:
Используя не ионизирующее излучение магнетрона можно получить плазму. В лампе накаливания, поднесённой к магнетрону, зажигается ярко светящийся желтый шар, иногда с фиолетовым оттенком, как шаровая молния. Если вовремя не выключить магнетрон, то лампочка взорвётся. Даже обычная скрепка, под воздействием СВЧ превращается в антенну. На ней наводится ЭДС достаточной силы, что бы зажечь дугу и расплавить эту скрепку. Лампы дневного света и «экономки» зажигаются на достаточно большом расстоянии и светятся прямо в руках без проводов! А в неоновой лампе электромагнитные волны становятся видимыми:
Техника безопасности
Я настоятельно не рекомендую повторять описанные мною опыты потому, что при работе с СВЧ требуется соблюдать особые меры предосторожности. Все опыты выполнены исключительно с научной и ознакомительной целью. Вред СВЧ излучения для человека ещё не до конца изучен. Когда я близко подходил к рабочему магнетрону я чувствовал тепло, как от духовки. Только изнутри и как бы точечно, волнами. Больше ни какого вреда я не ощутил. Но всё же настоятельно не рекомендую направлять рабочий магнетрон на людей. Из-за термического воздействия может свернуться белок в глазах и образоваться тромб в крови. Так же ведутся споры о том, что такое излучение может вызвать онкологические и хронические заболевания.
Необычные применения магнетрона
1 — Выжигатель вредителей. СВЧ волны эффективно убивают вредителей, и в деревянных постройках, и на лужайке для загара. У жучков под твёрдым панцирем есть влагосодержащее нутро (какая мерзость!). Волны его в миг превращают в пар, при этом не причиняя вреда дереву. Я пробовал убивать вредителей на живом дереве (тлю, плодожорок), тоже эффективно, но важно не передержать потому, что дерево тоже нагревается, но не так сильно.
2 — Плавка металла. Мощности магнетрона вполне хватает для плавки цветных металлов. Только нужно использовать хорошую термоизоляцию.
3 — Сушка. Можно сушить крупы, зерно и т. п. Преимущество этого метода в стерилизации, убиваются вредители и бактерии.
4 — Зачистка от прослушки. Если обработать магнетроном комнату, то можно убить в ней всю нежелательную электронику: скрытые видеокамеры, электронные жучки, радиомикрофоны, GPS слежение, скрытые чипы и тому подобное.
5 — Глушилка. С помощью магнетрона легко можно успокоить даже самого шумного соседа! СВЧ пробивает до двух стен и «успокаивает» любую звуковую технику.
Это далеко не все возможные применения испытанные мной. Эксперименты продолжаются и вскоре я напишу ещё более необычный пост. Всё же хочу отметить, что использовать так микроволновку опасно! Поэтому лучше так делать в случаях крайней необходимости и при соблюдении правил безопасности при работе с СВЧ.
На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением и микроволнами.
Этот дайджест "Простых опытов" не совсем похож на все предыдущие. И дело тут не в микроволновке. Сегодня мы постарались дать каждому опыту объяснение: "Почему так происходит". Если у кого будут замечания или комментарии, будем признательны за них.
Сегодня в «микроволновке»:
- лампа накаливания и люминесцентная;
- мыло хозяйственное и туалетное;
- пачки с чипсами;
- лазерные диски;
- металлические булавки;
- воздушный шарик.
Внимание:
Опыты могут быть опасны не только для здоровья, но и для микроволновой печи.
Ниже смотрите 6 видео.
Лампочки в микроволновке
Почему лампы светятся в микроволновке
Электромагнитные волны проникают через стекло и, создавая вихревые токи на поверхности вольфрамовой нити, нагревают ее. Нить раскаляется и светит. В лампочке с оборванной нитью накаливания из-за микроволн образуется электрическая дуга, которая позволяет увидеть свечение.
В люминесцентной лампе свечение видно за счет преобразования ультрафиолетового излучения в видимый свет посредством люминофора (специального вещества, которым покрыты внутренние стенки колбы). подробнее
Мыло в микроволновке
Почему мыло разбухает в микроволновке
Основным компонентом твердого мыла являются натриевые соли высших жирных кислот. Так же в его составе присутствует вода, отдушки, и другие добавки (факультативно).
Микроволны в первую очередь нагревают воду в составе мыла, и она, вскипая, превращается в пар. Газ, расширяясь, стремится высвободится и давит на твердую основу вокруг себя. Образуются пузырьки, которые вспенивают массу. Большая их часть «прорывается», и пар высвобождается, оставляя после себя мелкопористую структуру. Вот так происходит вспенивание мыла в безводной среде. подробнее
Пачки чипсов в микроволновке
Почему пакет искрит в микроволновке
Стандартно для пакетов используется полипропиленовая пленка, покрытая тонким слоем алюминия и краски.
Волны не проникают внутрь пакета, так как отражаются от металлического слоя. При этом на поверхности образуются наведенные токи. В некоторых местах возникает электрическая дуга, которая создает эффект молнии – искрящуюся поверхность. Под воздействием тока металл нагревается. Следом за ним из-за высокой температуры плавится внутренний слой из полипропилена. При плавлении он «скукоживается» как обычная пластиковая бутылка, если налить в нее крутой кипяток. Полипропилен начинает пузыриться и превращает герметичный пакет в пакет-решето (попросту, дырявый). После этого искрение практически прекращается! С чего бы вдруг?
Дело в том, что теперь через отверстия в пакете микроволны могут проникать и поглощаться продуктом – чипсами. Поэтому тепловая и электрическая нагрузка на упаковку снижается. подробнее
Лазерные диски в микроволновке
Почему диски искрят в микроволновке
Поверхность диска состоит из нескольких слоев: защитного, отражающего и активного. Отражающий слой – это металл, обычно, алюминий. Существует несколько видов и поколений оптических дисков. В данном опыте использовались DVD и BD.
Микроволны проходят через защитный слой и отражаются в металлическом. И, как в случае с любым металлическим проводником, в нем возникает наведенное электричество. Искры – это электрический разряд. Металл нагревается и плавится. Пластик, из которого состоит основа, тоже начинает плавится.
Разница в степени оплавления, структуре рисунка на обоих дисках и силой «искрения» объясняется неодинаковой толщиной и составом материалов, используемых для изготовления их покрытий. подробнее
Металлические булавки в микроволновке
Почему металлические булавки искрят и нагреваются до свечения в микроволновке
Наши булавки металлические, а, следовательно, являются проводниками. Излучаемые печью волны не поглощаются телами, как в случае с продуктами, и не гасятся. Под воздействием электромагнитного поля в проводнике возникает наведенное электричество и вихревые токи. Появление искр – это ничто иное, как электрический разряд (дуга) между двумя проводниками, находящимися близко друг к другу.
Тела, в которых возникают такие токи, нагреваются. В данном случае очень сильно. Объясняется это законом Джоуля–Ленца для тонких проводников, из которого следует, что количество теплоты, выделяемое в период времени, пропорционально произведению квадрата силы тока и сопротивления. А это немало. подробнее
Воздушный шарик в микроволновке
Почему воздушный шарик из латекса лопается в микроволновке
Воздушные шарики изготавливают, как правило, из латекса. Латекс представляет собой природные или искусственные водные дисперсии коллоидных каучуковых частиц, стабилизированных эмульгаторами.
Ключевое слово тут – «водные». То есть материал для воздушных шариков содержит молекулы воды. Латекс пропускает электромагнитные волны. При этом дипольные молекулы воды под воздействием микроволн начинают вращаться миллионы раз в секунду, создавая трение. Результатом этого является увеличение температуры вещества. Латекс начинает плавиться, стенки шарика истончаются, и в какой-то момент под напором воздуха он лопается. В том месте, где толщина оказывается критично минимальной для давления внутри шара. подробнее
Подписаться на новые видео можно на странице Вконтакте или заглядывать на сайт "ПРОСТАЯ НАУКА".
Влияние разной направленности полей СВЧ-излучения и тока на пластическую деформацию металла Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Троицкий О.А., Сташенко В.И.
Установлено влияние сверхвысокочастотного излучения на процессы активной деформации и релаксации механических напряжений в нагруженных образцах нержавеющей стали при действии импульсов тока и ориентациях вектора напряженности электрического поля СВЧ-излучения продольно и поперечно оси деформируемого образца. При продольной ориентации вектора СВЧ-излучения и действии тока эффект разупрочнения металла возрастает с 22 до 30 %. Анализ микроструктуры образцов показал существенное влияние внешних энергетических воздействий на деформацию зерен.
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Троицкий О.А., Сташенко В.И.
INFLUENCE OF MICROWAVE RADIATION AND CURRENT FIELDS OF DIFFERENT DIRECTIONS ON PLASTIC DEFORMATION OF METAL
Effect of ultra high-frequency (microwave) radiation on the processes of active deformation and relaxation of mechanical stresses in loaded stainless steel samples under the action of current pulses and orientations of vector of microwave radiation electric field stress longitudinally and transversely directed to the axis of the deformed sample is established. With longitudinal orientation of microwave radiation vector and current impact, metal softening effect increases from 22 to 30 %. Analysis of microstructure of samples has shown a significant impact of external energy on grain deformation .
Текст научной работы на тему «Влияние разной направленности полей СВЧ-излучения и тока на пластическую деформацию металла»
ВЛИЯНИЕ РАЗНОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ ПОЛЕЙ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ И ТОКА НА ПЛАСТИЧЕСКУЮ ДЕФОРМАЦИЮ МЕТАЛЛА
Аннотация. Установлено влияние сверхвысокочастотного излучения на процессы активной деформации и релаксации механических напряжений в нагруженных образцах нержавеющей стали при действии импульсов тока и ориентациях вектора напряженности электрического поля СВЧ-излучения продольно и поперечно оси деформируемого образца. При продольной ориентации вектора СВЧ-излучения и действии тока эффект разупрочнения металла возрастает с 22 до 30 %. Анализ микроструктуры образцов показал существенное влияние внешних энергетических воздействий на деформацию зерен.
Ключевые слова: деформация, разупрочнение, нержавеющая сталь, импульсы тока, СВЧ-излучение, микроструктура.
INFLUENCE OF MICROWAVE RADIATION AND CURRENT FIELDS OF DIFFERENT DIRECTIONS ON PLASTIC DEFORMATION OF METAL
Abstract. Effect of ultra - high-frequency (microwave) radiation on the processes of active deformation and relaxation of mechanical stresses in loaded stainless steel samples under the action of current pulses and orientations of vector of microwave radiation electric field stress longitudinally and transversely directed to the axis of the deformed sample is established. With longitudinal orientation of microwave radiation vector and current impact, metal softening effect increases from 22 to 30 %. Analysis of microstructure of samples has shown a significant impact of external energy on grain deformation.
Keywords: deformation, softening, stainless steel, current pulses, microwave radiation, microstructure.
Теоретически предсказано [1, 2], что облегчение пластической деформации при действии импульсов тока в скрещенных полях магнитного поля тока и сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения возможно как дополнение к электропластическому эффекту (ЭПЭ) [3 - 7] за счет спинового разупрочнения. Экспериментально установлено наличие резонансного изменения пластических свойств у кристаллов в условиях электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) [8]. Для реализации спинового разупрочнения металла (СРМ) за счет влияния ЭПР на механические свойства необходимо, чтобы:
1 - магнитное поле импульсного тока при его прохождении по металлическому образцу и магнитное поле СВЧ-излучения, охватывающее образец, были скрещены;
2 - было обеспечено наличие в образцах термодинамически неравновесных процессов, в частности, генерации свежих дислокаций, что обеспечивается активной деформацией образцов при их растяжении с постоянной скоростью или в прерывистом режиме с чередованием растяжения с паузами релаксации напряжений без снятия нагрузки.
Целью настоящей работы является изучение влияния разной направленности векторов электромагнитного СВЧ-излучения и индукции магнитного поля тока на величину дополнительной пластической деформации металла, его структуру и свойства.
Рис. 1. Структура силовых линий векторов поля волны Н10 (а), поведение силовых линий векторов (Е и Н)
в фиксированный момент времени (б)
Влияние СВЧ-излучения на пластическую деформацию металла изучалось в двух постановках опыта:
- при активной деформации с разной постоянной скоростью;
- при релаксации напряжений.
Во время активной деформации образца сначала подавались одиночные импульсы тока плотностью порядка 1000 А/мм2, длительностью 250 мкс.
Изучение влияния СВЧ-излучения на свойства стали при деформации растяжением и одновременном действии импульсов тока проводилось при частоте 2,45 ГГц [9]. Передача электромагнитного (ЭМ) излучения от источника СВЧ-излучения - магнетрона к деформируемому образцу осуществлялась с помощью волновода прямоугольного сечения. Электромагнитная энергия излучалась антенной магнетрона в виде электрического штыря. Штырь входил в волновод и располагался на расстоянии примерно в четверть длины волны (X). Прямоугольный волновод с одной стороны был закорочен металлической стенкой. По длине волны выбирались размеры сторон волновода а и Ъ. Для стандартных волноводов необходимо выполнение соотношения Ъ/а < 0,5. При выполнении этого условия Х/а < 2, в волноводе распространяется один вид волн типа Н10 [10 - 12]. Расстояние от штыря до оси деформируемого образца было кратным к длине волны X. В этом случае значение напряженности электрического поля на образце максимально [11]. За образцом на расстоянии Х/4 волновод ограничивается глухой стенкой. Длина волновода от одной глухой стенки до другой составляет к(Х + Х/2). Короб волновода изготовлен из нержавеющей стали с окнами во
взаимно перпендикулярных плоскостях для размещения испытуемого образца.
На рис. 1 представлена структура силовых линий СВЧ-излучения волны Ню. Из рис. 1, а видно, что в поперечном сечении волновода вектор Е направлен перпендикулярно широкой стенке волновода «а» (направлению Х), вектор Н - параллельно. При этом амплитуда вектора Е меняется по закону синуса. Она максимальна в точках вдоль широкой стенки и убывает до нуля при приближении к узким стенкам. Поперечные составляющие векторов Е и Н имеют одинаковые фазы, а продольная составляющая вектора Н опережает их на 90°. На рис. 1, б показано поведение силовых линий векторов Е и Н в фиксированный момент времени. При этом штриховыми линиями обозначены силовые линии вектора напряженности магнитного поля, а точками - вектора напряженности электрического поля. Показана структура силовых линий векторов Е и Н в поперечном сечении волновода. Как видно, на стороне волновода «а» (в направлении Х) укладывается один полупериод (одна полуволна) изменения поля, а от координаты У поле не зависит - на стороне «Ъ» укладывается ноль полупериодов. Вектор Е имеет одну составляющую Еу, вектор Н две - Нх и Нг, то есть магнитные линии -замкнутые кривые, лежащие в плоскости, параллельной плоскости Эта совокупность линий перемещается со скоростью У0 в направлении Z вдоль волновода.
В опытах применяют дистанционное управление магнетроном. Ориентацию вектора напряженности Е (Н) поля СВЧ-излучения меняют поворотом короба волновода относительно деформируемого образца на 90°. Температуру образцов измеряют термопарой во время действия СВЧ-излучения и одиночных импульсов тока. Она не превышает 60 - 80 °С.
Рис. 2. Внешний вид разрывной машины ИР 5047-50-10 и испытуемый образец внутри волновода (а) и фрагмент диаграммы (б) деформирования образца со скачками напряжений при действии импульсов тока (1, 3), тока и СВЧ-излучения (2, 4) в условиях активной деформации при величине скачков напряжений: 1 - 14,0 МПа; 2 - 14,8 МПа; 3 - 14,3 МПа; 4 - 15,0 МПа
Образец из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т толщиной 0,2 мм с длиной рабочей части 28 мм в изолированных зажимах с подводами тока находится в поле СВЧ, вектор напряженности Е направлен поперек оси образца. Испытания проводят в горизонтальной разрывной машине ИР 5047-50-10 (рис. 2, а). После увеличения нагрузки на 50 Н подают импульс тока такой же величины и включают СВЧ-излучение.
На рис. 2, б приведен фрагмент машинной диаграммы деформирования образца о - I (где о - условные напряжения; I - перемещение захватов машины). На диаграмме резкое снижение деформирующего напряжения (скачки напряжений, вызванные импульсами тока в сторону разупрочнения металла) чередовалось со скачками тока и СВЧ-излучения. Ориентация поля Е СВЧ-излучения
была поперечная. Электропластическое действие импульсного тока на пластическую деформацию нержавеющей стали усиливается в присутствии СВЧ-излучения. Увеличение скачка снижения напряжения при СВЧ-излучении указывает на дополнительное воздействие излучения на активную деформацию металла. Небольшое тепловое действие тока и СВЧ не вызывало скачков напряжений.
На рис. 3 приведены данные измерений пиков разупрочнения, полученные от пяти образцов при действии импульсов тока плотностью 1000 А/мм2 (область 1 в границах пунктирных линий и область 2 для тех же образцов при одновременном воздействии импульсов тока и СВЧ-излучения). Ориентация электрического поля Е продольная.
200 300 400 500 600 о, МПа
Рис. 3. Зависимость величины скачков напряжений (До) от приложенного напряжения (о)
Величина снижения нагрузки при остановках привода машины за полную паузу релаксации напряжений в течение 3 мин. при различных видах испытаний
Вид воздействия Е, кН ДЕ/Е, %
Без какого-либо воздействия 1,00 - 1,45 8,6 - 8,8
Импульсы тока 1,00 - 1,45 16,8 - 17,5
Поле (Е) поперечное
СВЧ-излучение 1,00 - 1,45 11,2 - 11,4
Ток и СВЧ-излучение 1,00 - 1,45 21,9 - 22,5
Поле (Е) продольное
СВЧ-излучение 1,00 - 1,45 11,9 - 12,3
Ток и СВЧ-излучение 1,00 - 1,45 29,8 - 30,0
П р и м е ч а н и е: Е - усилие, кН; ДЕ/Е- скачки нагрузки, %.
Во второй постановке опыта при релаксации механических напряжений во время кратковременных остановок растяжения образцов с паузами по 3 мин. без разгрузок оценивалась величина релаксации напряжений при разных вариантах внешнего и внутреннего энергетического воздействия. Растяжения перед каждой новой серией измерений начинались с более высокой нагрузки и так вплоть до разрушения образца. Каждая серия измерений состояла из четырех пауз:
- без какого либо воздействия;
- при действии импульсов тока;
- с воздействием СВЧ-излучения разной ориентации;
- при совместном действии тока и СВЧ-излучения (с вычетом теплового эффекта). Результаты измерений представлены в таблице.
Полученные результаты свидетельствуют о наличии дополнительного механизма пластической деформации в скрещенных полях СВЧ-излучения и собственного магнитного поля тока.
Тепловые эффекты действия тока и СВЧ-излучения корректно вычитали из величин общего снижения деформирующих усилий и релаксации напряжений. Пинч-действие импульсного тока на плоских образцах было слабо выражено [13].
Предварительный анализ показал, что микроструктура образцов существенно зависит от внешних энергетических воздействий на сталь марки 12Х18Н10Т. Под действием электрического тока и СВЧ-излучения происходит уменьшение площади и периметра зерен, то есть происходит дробление зерен и микроструктура деформированной части образца становится мелкозернистой, зерна принимают более округлую форму с уменьшением удлинения зерна, с преимущественной ориентацией аксиальной структуры; существенно уменьшается длина, ширина и удлинение зерен, вертикальная и горизонтальная проекции зерен. Эквивалентный
диаметр и средний размер зерен, а также диаметр Мартина уменьшаются под влиянием внешних энергетических воздействий.
Пластическая деформация в условиях высокоэнергетических воздействий и значительных деформаций образцов является сложным, многостадийным процессом [14]. Данные по микроструктуре стали свидетельствуют о проявлении обратной зависимости Холла-Петча. Закон Хол-ла-Петча дает количественное описание роста предела текучести поликристаллического материала с уменьшением размера зерна [15]. В основе этой зависимости лежат дислокационные механизмы пластической деформации: границы зерен тормозят движение дислокаций.
Установлено значительное снижение (до 30 %) нагрузок на образцах в процессе релаксации напряжений при действии тока и СВЧ-поля с продольной ориентацией относительно оси образца вектора напряженности электрического поля. Показано, что высокоэнергетические воздействия тока и СВЧ-излучения в процессе пластической деформации влияют на количество образующегося в шейке образца мартенсита деформации. Образование мартенсита практически полностью подавляется в условиях воздействия тока и СВЧ-излучения при релаксации напряжений. Зафиксировано явление исчезновения магнитных свойств у нержавеющей стали. Внешние энергетические воздействия ведут к измельчению зернистой структуры стали марки 12Х18Н10Т. По-видимому, при деформации под воздействием импульсного тока и СВЧ-излучения меняется доминирующий механизм деформации.
1. Molotskii М., Fleurov V. Magnetic effects in electroplasticity of metals // Physical Review B. 1991. Vol. 52. No. 22. Р. 311 - 317.
2. Молоцкий М.И. Возможный механизм маг-нитопластического эффекта // Физика твердого тела. 1991. Т. 33. № 10. С. 3112 - 3114.
3. Кравченко В.Я. Воздействие направленного потока электронов на движущиеся дислокации // ЖЭТФ. 1966. Т. 51. 5. С. 1676 - 1681.
4. Троицкий О.А. Электромеханический эффект в металлах // Письма в ЖЭТФ. 1969. Т. 10. № 7. С. 18 - 22.
5. Зуев Л.Б., Громов В.Е, Курилова И.Ф. и др. Подвижность дислокаций в монокристаллах цинка под действием импульсного тока // Доклады АН СССР. 1978. Т. 239. № 1. С. 84 - 87.
6. Электростимулированная пластичность металлов и сплавов / В.Е. Громов, Л.Б. Зуев, Э.В. Козлов, В.Я. Целлермайер. - М.: Недра, 1996. - 290 с.
7. Батаронов И.Л. Механизмы электропластичности // Соросовский образовательный журнал. 1999. № 10. С. 93 - 99.
8. Головин Ю.И., Моргунов Р.Б. Магниторе-зонансное разупрочнение кристаллов // ЖЭТФ. 1999. Т. 115. № 2. С. 605 - 624.
9. Уотсон Г. СВЧ-полупроводниковые приборы и их применение / Пер. с англ. - М.: Мир, 1972. - 660 с.
10. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. - М.: Наука, 1989. - 543 с.
11. Сапунов Г.С. Ремонт микроволновых печей. - М.: Изд-во Салон-пресс, 2003. - 272 с.
12. Бобков Ю.Ю., Гололобов Д.В., Кирильчук В.Б. и др. Исследование прямоугольного волновода и элементов на его основе: метод. указ. к лабораторной работе № 1. - Минск: Изд-во БГУИР, 2012. - 46 с.
13. Троицкий О.А., Скворцов О.Б., Сташенко В.И. Измерение вибраций, созданных импульсами тока в элементах электротехнических конструкций // Электротехника. 2018. № 3. С. 8 - 12.
14. Баранов Ю.В., Троицкий О.А., Аврамов Ю.С., Шляпин А.Д. Физические основы электроимпульсной и электропластической обработок и новые материалы (монография). - М.: изд. МГИУ, 2001. - 843 с.
15. Carlton C.E., Ferreira P.J. What is behind the inverse Hall-Petch effect in nanocrystalline materials // Acta Materialia. 2007. Vol. 55. P. 3749 - 3756.
Плавка металлов за 9 минут в микроволновке и другие интересные штуки: обзор ТОП7 самоделок + еще одна
Микроволновые печи… Они достаточно давно вошли в нашу жизнь и занимают в ней прочное место, благодаря своим уникальным качествам, которые дают возможность любому пользователю быстро и беспроблемно согревать любые продукты, а также производить их готовку.
Однако, многие даже не догадываются, что их обычный бытовой аппарат — способен на гораздо большие «подвиги», чем принято считать. Вот об этом мы и поговорим ниже.
Автор статьи также является многолетним владельцем микроволновой печи, впрочем, как и достаточно большое число людей в России (рискнем сделать такое смелое предположение).
Как и у любой техники, у микроволновой печи существует свой срок эксплуатации, по истечении которого, она выходит из строя или подаёт симптомы к скорому наступлению данного события.
На написание такой статьи автора подтолкнуло то, что его микроволновая печь стала подавать явственные признаки, что конец её близок. В нашем случае, это заключается не в выходе из строя электронной части, а скорее в физическом износе самой камеры нагрева: износилось лакокрасочное покрытие, ввиду чего, есть риск получить пищу, с кусочками краски в её составе (Ммм вкуснотишша! Всё, как мы любим! Sarcasm mode: off).
Справедливо рассудив, что этот ингредиент никоим образом не может улучшить вкус приготовляемых продуктов, а встроенная на уровне прошивки жаба не даёт автору выкинуть микроволновку, — он решил «пуститься во все тяжкие». А именно: посмотреть, а что ещё можно сотворить на базе микроволновки, если её полностью разобрать или же использовать как-то в других целях. Для этого было решено «прошерстить» просторы YouTube, который дал пищу для размышлений относительно того, какую судьбу для микроволновки стоит выбрать…
Следствием данных поисков стал личный хит-парад поделок, среди которых наблюдаются весьма любопытные применения микроволновой печи. Предлагаем вам тоже знакомиться с данными «поделиями».
Сразу оговоримся, что данная подборка не претендует на исключительную полноту и корректность ранжирования. Возможно даже, кто-то может посчитать мнение автора некорректным. Будем рады, если Вы выскажите своё мнение в комментариях к статье.
Автор также предупреждает, что для выполнения всего нижеописанного строго обязательно выполнение техники безопасности. Осуществляя какие-либо эксперименты, описанные в статье, вы делаете это на свой страх и риск,
автор не несёт ответственности за последствия.
▍ Итак, начнем!
Проводя любой поиск на тему самоделок, на основе микроволновки, любой исследователь обязательно натолкнется на такого известного блогера, как «Креосан». Это имя является нарицательным и широко известно на просторах Рунета. Поэтому он не нуждается в специальном представлении. Мнения относительно его опытов, как правило, достаточно полярны. Однако сейчас мы сосредоточимся не на особенностях рассмотрения субъективных оценок его опытов.
В своё время он провел достаточно любопытный опыт, который поднял широкую волну на просторах интернета. Опыт заключался в том, что магнетрон микроволновки был использован в качестве излучающего устройства, которое позволяло (по утверждениям его автора) создать некую дальнобойную микроволновую пушку. Ввиду запрета на встраивание видео, вы можете его посмотреть по ссылке, на youtube.
Видео вызвало нешуточный вал споров. Вал дошел даже до зарубежного сегмента интернета и ряд блогеров, в частности, известный блогер Allen Pan взялся проверить утверждения, изложенные в ролике выше.
Судя по анализу этого блогера, показанное в рассматриваемом ролике — «не совсем соответствует» реальности :-).
Но автор статьи решил пойти дальше, так как не планировал поджаривать соседей микроволновой пушкой.
Следующее видео, которое заставляет задуматься, это рассказ о том, как на основе трансформатора микроволновки сделать свой сварочный аппарат.
Кстати, если интересно, можно ознакомиться с устройством типичного трансформатора микроволновки:
Хммм уже интересней… Если кратко обобщить изложенную информацию, то переделка трансформатора под сварочный аппарат, как правило, заключается в том, что видоизменяется вторичная обмотка, в целях понижения напряжения и увеличения силы тока.
Однако, ввиду того, что у автора уже есть хороший сварочный аппарат инверторного типа, — такие самоделки его не заинтересовали. Это связано с тем, что современные инверторные сварочные аппараты дают своему пользователю достаточно широкие возможности по регулировке как силы тока, так и обеспечивают его интеллектуальными алгоритмами зажигания дуги. Не говоря уже о том, что физические размеры таких аппаратов весьма скромны и цена их более чем приемлема.
А вот следующая поделка , является достаточно полезной и заинтересует многих: создание аппарата точечной сварки. Для любого домашнего мастера, такой аппарат является весьма полезным, так как позволяет быстро соединять различные детали. Аппарат точечной сварки может быть весьма полезным в разработке собственных блоков питания (пауэрбанков), для чего потребуется быстрая приварка контактных пластин к различным аккумуляторным батареям, в частности, литий-ионным. Батареи такого типа весьма не рекомендуется перегревать, ввиду чего, в заводских сборках широко используется точечная сварка для прикрепления контактов:
Как можно было легко понять из предыдущих опытов, трансформатор микроволновки является достаточно мощным и легко переделывается в целях разнообразных самоделок. Благодаря этому, он является частой основой для создания разнообразных систем питания, таких широко известных и эффектных конструкций, работающих на основе токов высокого напряжения, — как катушка Тесла и лестница Иакова:
Говоря о первой самоделке, — катушке Тесла, можно сказать, что она является весьма частой в изготовлении различными «энтузиастами высокого напряжения». Такая катушка позволяет производить разнообразные интересные опыты, в числе которых широко известный опыт по созданию «поющего» разряда:
Этот опыт широко вышел за пределы разнообразных лабораторий и комнатушек самодельщиков, с применением данного эффекта проводятся даже разнообразные шоу (весьма эффектные, надо сказать):
Если кто заинтересовался этой темой, то по следующему адресу можно найти достаточно подробное описание по созданию катушек Тесла, с длиной получаемых разрядов до полутора метров!
И потихоньку, мы начинаем приближаться к самым интересным, на взгляд автора, самоделкам на базе микроволновки, — первой из которых является способ плавления стекла.
Способ выглядит так — предварительно измельченное стекло помещается в специальный теплоизолированный корпус печки для плавления, в котором и происходит его последующее спекание:
Работа печей для фьюзинга базируется на 2 различающихся способах:
1) на дно специальной камеры для плавления укладывается кружок из карбида кремния или несколько подобных кружков. Они и являются тепловыделяющим(и) элементом(элементами), которые преобразуют энергию микроволн — в тепло;
2) камера плавления представляет собой герметичную теплоизолированную камеру, которая изнутри выложена слоем карбида кремния. Данное покрытие также играет роль тепловыделяющего элемента, который и нагревает собственно камеру — изнутри.
Это занятие является достаточно увлекательным и занимаются им широкие слои, преимущественно женского, населения и их можно понять!
Если посмотреть на результаты удачных примеров «фьюзинга», то бишь спекания стекла, — то они поражают своей эстетической красотой и осознанием того факта, что подобные изделия могут быть получены в домашних условиях!
Если вы всерьез заинтересовались этим занятием, то на известном сайте имеются наборы начинающего.
При анализе информации, доступной в интернете по теме фьюзинга, была выявлена явная проблема , с которой сталкивается большинство энтузиастов этого дела: отсутствие четко контролируемого процесса нагрева и охлаждения. Такая проблема приводит к тому, что в получившемся изделии остаются остаточные напряжения, которые могут в любой момент привести к неожиданному его разрушению. Легко представить себе последствия, если предположить, что данное изделие является некой декоративной подвеской на шее, или серьгами в ушах!
Поэтому, здесь наблюдается явная возможность для знатоков программирования и физической «железной» части, такой, как плата Arduino или более продвинутой версии — esp32. С использованием данного подхода, можно, после проведения ряда тестовых итераций, разработать соответствующую программу оптимального нагрева и охлаждения, которая позволит получать достойные стеклянные изделия с минимальным содержанием остаточных напряжений или совсем без оных.
И наконец, мы подошли к самому интересному моменту нашего хит-парада: плавление металла в обычной микроволновке! (на этом месте автор начинает ходить из угла в угол, с безумным взглядом, что то бормочет и машет руками. Успокоившись – продолжает дальше…)
В это сложно поверить, однако существует способ, который позволяет легко плавить металлы, имеющие температуру плавления до 1200 градусов в обычной микроволновке, мощностью не менее 700 Вт!
Способ заключается в том, что для плавления используется тигель из графита, с покрытием из карбида кремния, который и является радиопоглощающим материалом, эффективно переводящим энергию микроволнового излучения — в тепло. Это позволяет плавить металлы (если на примере бронзы), — то в районе 80 грамм, за одну закладку.
Способ плавления металлов с использованием микроволновки является особенно интересным в связи с тем, что эта технология практически полностью укладывается в один из принципов ТРИЗ (теории решения изобретательских задач), который, утрированно, звучит примерно так: «идеальная машина — это та, которой не существует, однако её функции – выполняются».
Под этим подразумевается, что для плавления можно использовать специализированные устройства, однако лучше использовать обычное бытовое устройство, которое изначально не предназначено для данных целей и по сути, можно сказать, что мы «плавим металл в отсутствующей плавильной печи».
Рассмотренный в микроволновом способе плавки тигель у автора выдерживал 50 плавок без каких-либо признаков разрушения.
Там же, продаются доступные по цене комплекты для плавления. Да, конечно, можно приобрести на известном сайте Aliexpress «муфельную плавильную печь», однако она тоже не лишена существенных недостатков.
Если же брать индукционную плавильную печь, то она требует подключения воды — для охлаждения и так же не является слишком дешевой, а также требует времени на доставку.
Плавление же с использованием микроволновки является особенно интересным, если учесть возможность литья металла по выплавляемой модели, например, как в этой статье.
Или же в этих видео:
Единственной проблемой при таком подходе, на взгляд автора, является то, что при литье по выплавляемой модели, — требуется предварительно выплавить данную модель из подготовленных для литья форм. Даже если мы используем для предварительной 3D печати легкоплавкий пластик PLA, его удаление из готовой формы может стать определенной проблемой. А именно, потребуется достаточно высокая температура, чтобы выплавить его или даже выжечь из такой формы.
Проанализировав опыт других людей, автор пришел к выводу, что наиболее приемлемым подходом в данном случае является использование высокотемпературной горелки, в качестве которой можно воспользоваться, например, паяльной лампой.
Конечно, этот процесс вряд ли можно воспроизвести «в ванной комнате, пока жена спит» и потребуется, как минимум, выйти во двор.
Однако сама вероятность создания металлических изделий с использованием 3D принтера и имеющейся в наличии микроволновки, — является весьма примечательной и достойной внимательного рассмотрения!
Творчески сочетая 2 рассмотренных выше способа , а именно, — плавление металла и стекла, можно получать весьма интересные вещи, как например, заливка расплавленным стеклом — металлических форм. В итоге получаются практически ювелирные изделия. Способ базируется на заполнении пустот в металлической форме — специальной «горячей эмалью», которая представляет собой смесь стеклянного порошка различных цветов со связующим:
Освоив данную связку двух технологий, вы сможете делать весьма любопытные вещи, как в видео ниже. Автор для прогрева использует горелку, но у вас есть способ лучше — микроволновка! Это видео вы можете использовать для ориентира, что вообще возможно делать:
Примечание. Температура плавления силикатного стекла составляет в районе 425 — 600°C. Выше температуры плавления стекло становится жидкостью. Температура плавления металла, например, бронзы — составляет в районе 950°C.
Таким образом, зная температуру плавления металла, который вы используете и снимая показания температуры с помощью термопары (например), возможно плавить только стекло и не доводить до плавления металл. И стекло заполнит все нужные места в металле, а сам металл — не повредится!
▍ Бонус
Завершая рассказ, нельзя не упомянуть еще одну достаточно забавную поделку, которая была в своё время изготовлена упомянутым ранее блогером Allen-ом Pan-ом. Для её создания он использовал трансформатор от микроволновки, который был переделан в электромагнит.
Кроме того, в её составе были использованы следующие компоненты: плата Arduino Pro Mini, аккумулятор на 12 вольт, твердотельное реле, емкостной датчик, подключенный к рукоятке и сканер отпечатка пальца. Всё это было помещено в компактный корпус в форме молота («Мьёльнир»-а), принадлежащего Богу грома «Тору» (согласно Вселенной «Марвел»).
Работает устройство следующим образом: как только кто-либо берется за рукоятку, срабатывает емкостный датчик и включается электромагнит, благодаря чему молот намертво приклеивается к любой металлической поверхности, на которую он был предварительно установлен.
Любой, кто попытается оторвать молот от поверхности — потерпит неудачу, так как касание рукоятки включает электромагнит!
Оторвать же молот от поверхности и отключить его магнит, — может только хозяин, так как система откалибрована на распознавание отпечатка именно его пальца, которым он должен предварительно коснуться сканера. Получилось смешно:
Если кто-то задумает повторить такую самоделку, следующее видео может ему в этом помочь: здесь достаточно подробно показывается процесс изготовления электромагнита — из трансформатора микроволновки:
Также, в настоящее время возможно упростить конструкцию молота, если взять вместо платы Arduino Pro Mini — плату esp32: она содержит сенсорные пины, к которым можно подключить металлические площадки на рукоятке молота (предусмотрительно размещенные ранее). И вести обработку события «отпустить молот» исключительно логическим путём («если площадка 1 удерживается и по площадке 2 в этот момент — два раза постучали пальцем, то отпустить молот» и т.д.). В таком случае, самоделка будет еще привлекательней, так как пропадет существенный демаскирующий признак — сканер отпечатка пальца.
Как можно видеть из этого длинного рассказа, микроволновка, — это не только средство для приготовления и разогрева пищи, но и неисчерпаемый кладезь компонентов, которые позволят вам создать свои экспериментальные и даже вполне полезные вещи.
Для некоторых из этих неординарных применений, даже не требуется каких-либо её переделок!
Что же касается самого автора рассказа, то в списке его предпочтений, так сказать, «личного хит-парада», — первое место прочно занимает методика плавки металла в микроволновке.
К описанной технологии плавки хотелось бы добавить еще одно примечание, что в микроволновке плавится партия металла не более 80 грамм за один раз. Соответственно — для заливки такого объема металла не нужна слишком большая форма, и форма может быть легко обожжена на обычной бытовой газовой плите кухонного назначения (если у вас в наличии имеется таковая, а не электрическая плита).
При таком подходе, — процесс плавки металла становится поистине домашним и, можно даже сказать, уютным (в этом месте на заднем плане должен звучать зловещий хохот безумного учёного).
В любом случае, надеемся, что этот рассказ был для вас полезным и интересным, дав каждому читателю пищу для размышлений!
Читайте также: