Ответ на вопрос, откуда берется электричество в кухонной пьезоэлектрической зажигалке, содержится в ее названии. В переводе с греческого «пьезо» — значит «давлю». Первый шаг к созданию пьезозажигалки сделали французы — еще в 1880 году братья Кюри заметили связь между электрическими явлениями и деформацией некоторых кристаллов. Снабдив электродами торцы пластинки кварца, они установили, что под воздействием внешнего электрического поля кристалл деформируется.
В зависимости от полярности приложенного напряжения прямоугольный брусок превращается в косоугольный, растягиваясь или сжимаясь. Если разомкнуть цепь, кристалл вновь принимает первоначальный вид. И наоборот, стоит, например, сжать кристалл, на его электродах появляются заряды. Сегодня известно уже более 1500 различных кристаллов, обладающих подобными свойствами, в том числе природные или искусственно выращенные минералы (кварц, сегнетова соль, германоселенит), и различные виды пьезокерамики.
Пьезоэффект используется во многих областях техники, например, для измерения давления, вибраций, деформаций, в радиотехнике (излучатели и приемники ультразвука).
Если не учитывать несколько десятилетий, прошедших от открытия эффекта до появления кухонной зажигалки, ее устройство кажется предельно простым. Пластмассовый корпус скрывает металлический каркас, в котором установлено два цилиндрика, обладающих пьезоэлектрическими свойствами. Надавливая на кнопку зажигалки, хозяйка сжимает цилиндрики так, что на их торцах появляется высокое, до восьми тысяч вольт, напряжение. Этого достаточно, чтобы в воздушном пространстве, разделяющем два электрода (один из них — корпус, другой — медный наконечник провода, ведущего от цилиндриков), возникла искра, искусственная микромолния, которая и поджигает газ.
Впрочем, простота эта кажущаяся. Прежде всего большинство пьезоэлектриков весьма хрупкий материал, да и напряжение, которое они способны вырабатывать, не так уж велико. В зажигалке использована особая пьезокерамика. Чтобы ее получить, сегнетоэлектрические соединения, например, цирконат-титанат свинца, прессуют и подвергают воздействию внешнего электрического поля. Магнитоэлектрические домены при этом ориентируются так, что после обжига при температуре около 100°С в керамике возникает остаточная поляризация. Материал получается достаточно прочным, но все же, чтобы выдержать давление 160 кг, а именно такое усилие необходимо, чтобы на торцах цилиндрика возникло необходимое напряжение (8000 вольт!), приходится заботиться о том, чтобы нагрузка распределялась равномерно по всему торцу.
Давление на кнопку не должно быть большим, достаточно усилие всего в 4 кг (с этим легко справляется большой палец человеческой руки). Кнопка приводит в движение древнейшее изобретение человечества — рычаг, и соединенный с ним кулачок передает давление уже в 160 кг. Если бы кулачок соприкасался с керамикой, она бы вскоре разрушилась, поэтому их разделяет небольшой сухарик из закаленной стали. Между сухариком и цилиндром вложена еще и латунная прокладка, смягчающая контакт металла с керамикой.
Простая с виду конструкция зажигалки скрывает еще немало технических тонкостей.
Чтобы повысить мощность электрической искры, в зажигалке стоят два соединенных параллельно цилиндрика. Одним общим проводом при этом служит каркас из дешевого металла, соединенный с металлическим наконечником зажигалки, другой провод отходит от латунного контакта, вложенного между цилиндриками, и ведет к медному электроду.
Итак, кнопка нажата, напряжение получено, и остается зажечь газ. Физикам хорошо известно, что если приложить напряжение к двум металлическим поверхностям, разделенным воздушным зазором, то при определенном напряжении произойдет пробой — в зазоре возникнет эпектрический разряд, искра, и раздастся характерный треск. Величина зазора зависит от многих факторов — напряжения, влажности и состава воздуха, формы и материала электродов. Форма медного наконечника в зажигалке подобрана так, чтобы искра получалась «жирной» (была бы мощной и существовала как можно дольше).
Природный газ сам по себе не горюч, искра способна поджечь только его смесь с воздухом, поэтому подобраны размер и число отверстий в наконечнике.
Какие же правила следует соблюдать, чтобы зажигалка работала надежно. Прежде всего требуется аккуратное обращение: как показывает практика, корпус разбивается чаще, чем выходят из строя какие-либо детали. Зажигалка боится сырости. В «мокрой зажигалке» заряд не пытается пробить воздушный промежуток, а находит путь наименьшего сопротивления — «стекает» по поверхности цилиндриков внутри корпуса. Чтобы этого не случалось, если, скажем, на кухне сырой воздух, цилиндрики покрыты изолятором — полиэтилсилоксановой пленкой. Впрочем, даже случайно угодившую в воду зажигалку легко «починить» — достаточно просушить ее, например, на батарее отопления, и она вновь заработает.
И еще один совет: после того, как газ уже загорелся, поспешите убрать зажигалку. Хотя вкладыш в ее наконечнике сделан из термостойкого полипропилена, он все же не рассчитан на прямой контакт с пламенем. Полезно также, хотя бы раз а год, чистить наконечник от скапливающейся сажи, а разбирать зажигалку, напротив, не следует — в ней нет ничего, что нуждалось бы в профилактике или самостоятельном ремонте.
Так как давление распределяется равномерно, зажигалка обычно весьма надежна: гарантировано, что керамика выдержит не менее 35 тысяч нажатий, а на практике бывает, что этот срок увеличивается в семь-восемь раз. Одним словом, если выполнять несложные правила обращения с зажигалкой, она может верой и правдой служить более десяти лет.
Как сообщили специалисты одного из заводов-производителей подобного рода зажигалок, из каждой тысячи за первые полтора года эксплуатации ломаются только семь зажигалок. |