Wyładowania atmosferyczne towarzyszą ludzkości, a właściwie naszej planecie od zawsze, wg. jednej z teorii to właśnie wyładowania atmosferyczne zainicjowały syntezę aminokwasów czyli cegiełek życia z których powstaliśmy. Znamy i powszechnie obserwujemy kilka rodzajów wyładowań atmosferycznych ale wszystkie one związane są z liniowym przepływem pożętych prądów rzędu setek kA przez kanał utworzony w powietrzu. Gwałtowny przepływ potężnego prądu rozładowuje nagromadzony w chmurach ładunek elektryczny powstający w wyniku wzajemnego tarcia cząsteczek tworzących chmury.

Występuje jeszcze jeden rodzaj wyładowania (lub wtórnego efektu wyładowania liniowego), nazywany piorunem kulistym. Znamy setki relacji światków i możemy oglądać wiele zdjęć tego zjawiska, niestety wiele z nich to wynik bujnej wyobraźni autorów i efekty fotomontarzu. Jednak wiele z tych relacji jest prawdziwych i możemy mieć pewność że zjawisko naprawdę występuje. Niestety do dnia dzisiejszego nikt nie zaproponował jednoznacznego wyjaśnienia tego fenomenu a tym bardziej nikt nie potwierdził swych teorii w praktyce nawet w mikroskali.
Pozostaje nam tylko opierać się na relacjach naocznych świadków, którzy twierdzą że widziany piorun objawiał się jako poruszająca się jasna kula o średnicy od kilku do kilkunastu centymetrów często wydająca dźwięki podobne do syczenia i towarzyszy jej charakterystyczny zapach, który może być efektem wtórnym wysokiej jego temperatury, która inicjuje w powietrzu powstawanie np. tlenków azotu lub ozonu. Obserwowane pioruny mają zazwyczaj krótkie czasy trwania wynoszące od kilku do kilkudziesięciu sekund. Występują za zwyczaj w czasie burz co skłania ku jednej z teorii, mówiącej że piorun kulisty jest wtórnym wynikiem wyładowania liniowego. John Abrahamson i James Dinniss z University of Cattenbury wymyślili potencjalne wyjaśnienie zjawiska. Według nich piorun kulisty powstaje, gdy zwykły piorun uderza w ziemię, unosząc nieco rozgrzanego krzemu - najbardziej powszechnego składnika skorupy ziemskiej. W wyniku wysokiej temperatury i przetopienia skał glebowych opary krzemu wydostają się ze szczelin w glebie i wznoszą się, przyjmując najpierw kształt pierścienia, a potem kuli. Atomy krzemu wchodzą w reakcję z tlenem, a ich spalaniu towarzyszy wydzielanie energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego - światła [1].
Jest to jedna z najbardziej racjonalnych teorii wytłumaczenia zjawiska, dlatego podjęto wiele prób odtworzenia zjawiska w laboratorium i otrzymano efekty przypominające piorun kulisty dwiema metodami. Pierwsza z nich polega na zjonizowaniu powietrza mikrofalami i podtrzymywaniu wytworzonej plazmy zasilając ją dalej promieniowaniem mikrofalowym. Druga polega na wyładowaniu dużej energii zgromadzonej w baterii kondensatorów naładowanej do napięcia ok. 5 kV przy ich pojemności rzędu 0,8 mF w niewielkiej ilości wody. Dochodzi wtedy do bardzo gwałtownego odparowania i zjonizowania cząsteczek wody i uniesienia kłębka tak powstałej plazmy do góry.

W moim eksperymencie zajmę się właśnie tą drugą metodą. Zbuduję duży bank kondensatorów, układ ładowania i bezpiecznego wyzwalania zgromadzonej energii w krótkim czasie oraz układ synchronizacji momentu powstawania zjawiska z cyfrowym aparatem fotograficznym.
Zaczniemy od samego początku czyli od źródła wysokiego napięcia, którym naładujemy bank kondensatorów.

Rys. 1 Transformator wysokiego napięcia 2 x 4 kV.

Postanowiłem zastosować stary transformator wysokiego napięcia, który swego czasu zasilał rurki reklam neonowych ma on wydajność prądową 60 mA i rdzeń typu rozproszeniowego co sprawia, że bardzo trudno jest takie trafo uszkodzić. Można zrobić zwarcie na wyjściu i iść sobie na obiad. Po powrocie będzie ledwo ciepłe.

Rys. 2 Wyładowanie łukowe na wyjściu wysokiego napięcia.

Trafo posiada dwa uzwojenia, które mają nominalne napięcia 4 kV, można je dowolnie połączyć i uzyskać 4 kV o wyższej wydajności prądowej lub przy szeregowym połączeniu 8 kV. Ja postanowiłem na początku połączyć uzwojenia szeregowo ale nie po to by uzyskać maksymalne napięcie 8 kV ale w celu zastosowania dwu diodowego prostownika dwu połówkowego.

Rys. 3 Schemat ideowy zastosowanego prostownika.

Prostownik taki zapewnia prostowanie pełno okresowe i biorąc pod uwagę, że miałem akurat tylko dwie diody wysokonapięciowe musiałem ten rodzaj prostowania zastosować. Na wyjściu prostownika otrzymałem napięcie 4 kV co wydawało mi się wystarczające do zasilania moich kondensatorów. Niestety później okazało się, że to trochę za mało.

Rys. 4 Testowanie mostka dwu diodowego pod napięciem.

Transformator zasilałem z regulowanego autotransformatora by mieć możliwość regulacji napięcia ładowania a co za tym idzie energii wyładowania elektrycznego. Niezbędnym urządzeniem w tego typu układach jest sonda wysokonapięciowa, którą w każdej chwili możemy sprawdzić do jakiego napięcia naładowane zostały kondensatory i znając ich pojemność możemy płynnie ustalać energię.

Rys. 5 Olejowy kondensator wysokiego napięcia.