 |
|
 |
  
Forsøg nr.: 116 Beskrivelse: En "elektrostatisk lifter" er et lille fartøj, der kan flyve helt uden brug af bevægelige, mekaniske dele. Fartøjet er en asymmetrisk kapacitor, der lades op med en højspændingsforsyning. Den ene elektrode består af en meget tynd metaltråd, mens den anden elektrode består af aluminiumsfolie. Hele fartøjet er bygget af ultralet balsatræ og vejer ikke ret mange gram. 
Elektrostatisk lifter bygget af balsatræ, metaltråd og aluminiumsfolie.
I praksis skæres balsatræet ud i lange, tynde pinde, som efterfølgende limes sammen. Først limes tre pinde sammen til en trekant. Når limen er tør, og trekanten er stabil, limes tre ben på trekanten. Herefter føres der alufolie hele vejen rundt om strukturen. (Alufolien kan også vikles om balsapindene, før disse limes sammen.) Folien bøjes ned over tværpindene, og endelig bindes en tynd metaltråd rundt om toppen på benene. Til sidst bruges to stykker lang, tynd metaltråd til at lave en ledning til henholdsvis den øverste ledning og alufoliet. Disse to ledninger skal forbindes til højspændingsforsyningen. 
Sådan bygges en elektrostatisk lifter.
Nu er lifteren næsten klar til at flyve. Først skal man dog tøjre den til underlaget, så den flyver kontrolleret. Gør man ikke dette, vil lifteren flyve voldsomt op, rykke i tilledningerne, og ofte lave en udladning mellem ledningerne. Tøjringen foregår ved at binde en tynd nylontråd (eller fiskeline) i hvert af de tre ben. De tre nylontråde tapes efterfølgende til underlaget, sådan at lifteren kun kan flyve 5 - 8 centimeter over underlaget. 
Billede af elektrostatisk lifter.
Man kan nu begynde at afprøve, om lifteren kan flyve. Hvis dette skal lykkes, er det afgørende, at der ikke er nogle små spidse eller skarpe kanter, der kan danne koronaudladninger. Dette giver for stort et strømtab, og det kan let inducere gnister mellem de to elektroder. Dermed vil lifteren aldrig lette. Sørg derfor for at være meget omhyggelig, når alufoliet vikles om balsastængerne - der skal være færrest mulige krøller og spidser. 
Nærbillede af elektrostatisk lifter. Denne lifter er lavet med to parallelle elektroder for oven.
Man kan nu forbinde lifteren til højspændingsforsyningen. Når man så skruer op for spændingen, skal man holde øje med, om der opstår koronaudladninger. Sluk lyset i lokalet og hold øje med udladninger som dem, der er på nedenstående billede. Hvis der er udladninger, kan man sætte en lille klat lim på netop det sted. På den måde isoleres punktet, der udlader, og koronaudladningen stopper. 
Eksempel på koronaudladning fra en skarp metalkant. Billedet er taget i mørke med lang eksponeringstid, men udladningen kan også ses med det blotte øje, hvis der er mørkt i lokalet.
Forsyningen skal typisk kunne levere mellem 20 og 30 kV samt mellem 0,5 og 1 mA. Den tynde ledning skal forbindes til forsyningens positive elektrode, mens alufoliet skal jordes. Det er vigtigt, at den øverste højspændingsledning er ophængt med et isolerende materiale i et laboratoriestativ eller lignende, således at ledningen ikke kan aflade til jord. 
Endnu et billede af koronaudladninger. Disse to gnister kommer fra kanten på aluminiumsfolien på en rigtig lifter. Gnisterne fjernes med lidt lim.
Tværsnit af elektrostatisk lifter. Ionerne dannes i det kraftige elektriske felt nær den tynde metaltråd. Det elektriske felt accelererer herefter ionerne ned imod det jordede alufolie. På vej mod foliet foretager ionerne utallige kollisioner med neutrale luftmolekyler, og derved skabes en nedadrettet luftstrøm.
Fartøjet flyver, fordi luftens molekyler ioniseres nær den tynde ledning. Jo tyndere en ledning er, des større bliver det elektriske felt nær overfladen. De dannede positive ioner bliver accelerede fra den positive elektrode og ned mod det jordede alufolie. På vejen støder de ind i utallige neutrale luftmolekyler, og resultatet er, at der dannes en nedadgående luftstrøm. Fænomenet kaldes et "elektrohydrodynamisk flow". Denne nedadrettede luftstrøm modvirkes af en opadgående kraft, hvilket kan få fartøjet til at flyve. Luftstrømmen kan faktisk mærkes, hvis man holder hånden hen i nærheden af lifteren, når den flyver (pas på at du ikke rører elektroderne!). Luftstrømmen kan også ses, hvis man for eksempel stiller et glas med flydende kvælstof eller et glas med vand og tøris hen ved siden af lifteren. Fra glasset vil der strømme en hvid tåge, som blæses væk, når der sættes spænding på lifteren. 
Billede af flyvende lifter. Den røde ledning fører højspænding ned til lifterens øverste elektrode. Den blå ledning forbinder jord med alufoliet.
Bemærk at lifteren også vil virke, hvis højspændingsledningen er negativt ladet. I praksis vil ionerne altid dannes i det kraftige elektriske felt nær den tynde overleder, og ionernes fortegn er så bestemt af spændingens fortegn. Dermed kan lifterne også flyve ved at sende negative ioner ned mod alufoliet. 
Nærbillede af lifter der flyver. Bemærk den røde fiskesnøre, der holder lifteren nede.
Elektrohydrodynamik (EHD), der blev opdaget i starten af 1700-tallet (se artiklen af Robinson i referencerne), er i dag ganske velforstået, og i artiklerne af Zhao og Adamiak kan man for eksempel finde numeriske simulationer af EHD for en elektrostatisk lifter. EHD betegnes ofte også som "Biefeld-Brown Effekten" opkaldt efter Thomas Townsend Brown (1905 - 1985) og Dr. Paul Alfred Biefeld. Her bruges betegnelsen som regel om en meget udbredt misforståelse om, at lifteren faktisk virker ved at generere antityngdekraft! I 1923 lavede teenageren Thomas Townsend Brown forsøg med et Röntgen-rør hjemme i kælderen i sine forældres hus i Pasadena i Californien. Her mente han, at han havde opdaget en sammenhæng mellem elektromagnetisme og tyngdekraften. Dette skulle kunne bruges til at generere en kraft, som kunne bruges til fremdrift af et lille fartøj. Året efter fik en lokal avis (Los Angeles Evening Express) opsporet historien, som blev trykt den 26. maj 1926. Historien blev efterfølgende gentrykt i blandt andet New York Times. Det lykkedes Brown at få et patent på sin opfindelse (Patent nr. GB300311) i 1928. Det er lidt usikkert, hvordan navnet "Biefeld-Brown Effekten" opstod, men det menes, at Brown efter først at være blevet afvist af Nobelprismodtageren Dr. Robert Millikan fra Cal-Tech tog kontakt til Dr. Biefeld på Denison University i Ohio. Der kendes dog ikke meget til det eventuelle samarbejde, de to måtte have haft. Brown tog en hel del patenter på forskellige opfindelser i løbet af 1950'erne, og den dag i dag er der stadig mange, der tror, at lifteren virker ved at generere antityngdekraft - på trods af at den kan forklares fuldstændigt via EHD og "elektrisk vind". For eksempel hælder den største hjemmeside for lifter-byggere, "The Lifters Experiments home page" (se referencerne), også til antityngdekraft-forklaringen. Som det forklares tydeligt i artiklen af Martin Tajmar i referencerne, er dette dog blot en simpel misforståelse, der blandt andet er blevet fremhævet af, at selv NASA for nylig har taget patent på et Biefeld-Brown fartøj. Lifteren kan bruges til at demonstrere grundprincippet i, hvordan en ionmotor fungerer. Både NASA og ESA eksperimenterer i dag med ionmotorer, for eksempel på rumsonderne Deep Space 1 og SMART-1. I praksis er ionmotorerne bygget noget anderledes end lifteren, og i rummet skal man naturligvis selv medbringe den gasart, der skal ioniseres. Spørgsmål og svar: Hvorfor springer der gnister før fartøjet letter? Der er formentligt nogle punkter på alufoliet, der laver coronaudladning. Det kan inducere gnister, således at fartøjet ikke kan komme op på høj nok spænding til at flyve. Sluk lyset i lokalet, skru langsomt op for spændingen, og hold øje med, hvor koronaudladningerne er. Sæt en lille klat lim der, hvor udladningerne er (sluk først for spændingen!). Kan man lave en lifter i en anden form? Ja sagtens. Den trekantede form er dog simpel og let at bygge. Den er desuden meget stabil. Man kan dog også lave den i firkanter, sekskanter eller andet. Man kan for eksempel prøve at bygge flere små trekanter sammen til én stor lifter. Udstyr og materialer:
Referencer:
PIRA DCS: 5B30.00 (Elektricitet og magnetisme: Elektriske felter og potentialer) Opdateret: 18.12.2006 Har du kommentarer, rettelser eller tilføjelser til dette forsøg, så send en til FYSIKBASEN.DK. |
Elektrostatisk lifter
Forsøget anvender uisolerede højspændingsledninger! Sørg for at ingen kommer i nærheden af lifteren, når spændinger er tilsluttet, og vær helt sikker på, at forsyningen er slukket, når du arbejder med selve lifteren!
 |
| FYSIKBASEN.DK er sidst opdateret søndag den 10. august 2008, klokken 19:44. |