Эффект Бифельда-Брауна

Московская Гимназия № 000 8 «Г» класс

Эффект Бифельда-Брауна

Научный руководитель:

Москва 2018

Содержание

Аннотация……………………………………………………………….3

Введение………………………………………………………………....3

Обзор литературы………………………………………………………4 Материалы и методы…………………………………………………..4 Принцип работы ионолета……………………………………4 Изготовление высоковольтного генератора…………………4 Изготовление модели ионолета………………………………6

3.  Результаты и их обсуждение……………………………………………6

  3.1.  Результаты создания высоковольного генератора…………..6

  3.2.  Результаты создания ионолета……………………………….8

4.  Выводы………………………………………………………………….10

  4.1.  Выводы из проекта…………………………………………….10

  4.2.  Будущее проекта……………………………………………….10

5.  Список литературы……………………………………………………..10

Аннотация

Эффект Бифельда-Брауна — электрическое явление возникновения ионного ветра, который передаёт свой импульс окружающим нейтральным частицам. Впервые был открыт Паулем Альфредом Бифельдом (Германия) и Томасом Таусендом Брауном (США). Явление также известно под названием электрогидродинамики по аналогии с магнитогидродинамикой.

Эффект Бифельда-Брауна заключается в том, что электрический конденсатор будет перемещаться в сторону положительного полюса и будет сохранять это движение, пока не разрядится.

Введение

Вопрос выбора темы моей исследовательской работы был прост. За малознакомым названием эффекта лежит большой потенциал для осуществления увлекательного исследования и демонстрации интересных опытов.

Вместе с тем меня заинтересовал тот факт, что у эффекта Бифельда-Брауна нет широкого применения, хотя использование ионного спутника дает большие преимущества:

Он имеет хорошее КПД Очень долгое время работы Двигатель,        работающий от электричества намного экономичнее химического.

Приступая к исследованию мною были поставлены цели:

Проанализировать имеющиеся сведения Собрать работоспособную модель лифтера Провести собственные эксперименты На основе данных эксперимента установить возможность применения данного эффекта в быту или промышленности

Достижение этих задач требовало выполнения промежуточных этапов исследования, которые и стали моими задачами:

Поиск источников информации Создание материальной базы для проведения собственных экспериментов

Анализ литературы

К сожалению, по поводу эффекта Б-Б нет большого количества информации, а достоверных источников и того меньше, поэтому некоторые детали конструкции приходилось устанавливать опытным путем. Но все же нам удалось узнать, что для работоспособности аппарата необходимо следующее:

Высокое напряжение (то 25кв до 50кв) Аппарат должен быть очень легким Проволочка, на которую подается + должна быть очень тонкой А электрод, на который подается – должен быть широким и иметь плавные края Искровых разрядов между проволочкой и фольгой происходить не должно

Материалы и методы

Принцип работы ионолета

Для того, чтобы создать модель простейшего ионного двигателя, нужно разобраться, как он работает.

Итак, допустим, мы подаем положительный потенциал на тонкий электрод, а отрицательный на широкий. В следствии того, что напряженность электрического поля обратно пропорциональна радиусу кривизны и площади поверхность электрода, то наибольшее значение напряженность электрического поля будет около тонкого электрода. Молекулы, соприкасаясь с тонким электродом теряют электроны и превращаются в положительно заряженные ионы. А эти ионы под действием электрического поля устремляются к широкому электроду, попутно сталкиваясь с нейтральными молекулами, толкая их в его сторону. Достигнув широкого электрода ионы получают обратно свой недостающий электрон, у улетают дальше вниз. Таким образом между электродами образуется поток ионов плюс в этот поток вовлекаются и нейтральные частицы. Отбрасывая поток электронов в одну сторону сама конструкция, согласно законам ньютоновской механики, движется в противоположную. Это - реактивная тяга. Именно поэтому этот прибор не работает в вакууме, а на воздухе он создает ветер. Его можно обнаружит, поставив около прибора свечку

Изготовление высоковольтного генератора

Для того, чтобы реализовать проект ионного двигателя, нам нужен источник высокого напряжения, порядка 30-50кв. Для получения такого высокого напряжения я использовал телевизионный умножитель  УН 9/27-1.3

  Для того, чтобы реализовать проект ионного двигателя, нам нужен источник высокого напряжения, порядка 30-50кв. Для получения такого высокого напряжения я использовал  УН 9/27-1.3, умножитель напряжения на три, один из самых популярных источников высокого напряжения. При подаче на вход переменного напряжения мы получаем на выходе утроенное, постоянное. Таким образом можно достичь напряжений в десятки киловольт (до 50, а если повезёт — и выше) с почти любого маломощного источника высокого напряжения до 10 кВ. Что отдельно приятно — УН-9/27 потребляет и НЧ, и ВЧ

Подключить УН очень просто. Берём любой источник высокого напряжения малой мощности — это важно! большая мощность и большой ток попросту сожгут диоды внутри умножителя, и умножитель можно будет выбрасывать! — и подключаемодин конец на ~, а другой— на _|_. Располагаем аккуратно конец + на расстоянии 3-5 сантиметров от конца _|_ и подаём высокое напряжение. Если всё сделано правильно — то между выводами будет происходить пробой.

Но так как мне нужно напряжение большее чем  30кв, поэтому умножитель можно «разогнать». Опять же, не вдаваясь в теорию, просто сообщу, что один из каскадов умножения внутри штатно не задействован. Исправить положение можно просто добавив к умножителю конденсатор и слегка изменив конфигурацию выводов.

  Искры снимаем с + и нового _|_, которым является свободный вывод конденсатора. Конденсатор лучше всего брать серии к73-14, на 25 киловольт и 470-680 пикофарад, или любой с аналогичными ёмкостью и напряжением. К сожалению, у меня был только на 30кв и 2000пф.

Изготовление модели ионолета

Сборка модели ионолета оказалась самым долгим и трудоемким процессом. Это связанно с тем, что для ее работоспособности нужно учитывать много нюансов, о которых и пойдет речь.

Итак, первая модель была сделана из деревянных шпажек, склеенных в форме треугольника со стороной 30см. На эти шпажки была насажена фольга и опускалась вниз на 5см. Над ней, на высоте 4 см была лакированная проволока с диаметром 0.25мм. Масса модели составляла 14 грамм.

После серии неудачных экспериментов, была изготовлена новая модель, которая исправляла ошибки предыдущей. Теперь модель была сделана из пластиковых трубочек, тоже склеенных в форме треугольника, но теперь со стороной 20 см, и проволока была взята диаметром 0.09мм. Расстояние между фольгой и проволокой 4см, масса модели 6 грамм.

Но модель не взлетела, поэтому окончательный вариант был сделан из бальзы 3*3мм. Это заметно облегчило конструкцию, теперь ее масса составляла всего 3 грамма

Результаты и их обсуждение

Результаты создания высоковольного генератора

Начнем с самодельного генератора. По началу все было очень хорошо, дугу удавалось довести до 11см, хотя когда напряжение приближалось к максимальному, дуга пробивала уже везде: с выхода умножителя, с входа кондесатора на его же выход, между выводов ~ и +F и даже между входом НСТ и его выводом земли, на работу генератора это никак не влияло.

Это показывает, что при работе данного генератора имеются большие утечки на землю. на работу генератора это никак не влияло. Однако, в ходе одного из испытаний дуга упала до 5 см максимум, а потом вообще до 1

(стоит заметить, что дуги максимальной длины получались импульсными, то есть пробивали раз в 1-2с). Я попробовал подключить другой умножитель с другим конденсатором (он все тот же). Но даже теперь дуга не превышала

4-5см, к тому же на корпусе между ~ и +F появлялись фигуры Лихтенберга, то есть дуга плавила корпус, доходила от +F до ~ и загоралась дуга, причем если раньше между этими контактами дуга выглядела примерно так:

(разряд с того же умножителя, только между другими выводами)

То теперь она была тусклой, тихой и фиолетовой, примерно такой:

(очень похожий разряд, только не с умножителя, а с моего строчного трансформатора)

А после того, как она загоралась, разрад на выходе умножителя становился гораздо меньше, где-то 1см.

Я попытался заизолировать выводы, капнув на них горячего клея, но после этого умножитель перегорал. Так у меня сгорели 4 Уна, пока я понял в чем дело. Дело в том, что я ненамеренно изменил схему, думая, что это никак не повлияет на работу генератора. Как уже было сказано, когда мы добавляем конденсатор к умножителю, снимать напряжение нужно с + и входа конденсатора, то есть нам нужно припаять еще один дополнительный провод к входу конденсатора.  А я припаял провод, не доходя до входа конденсатора. 

Когда я это исправил, генератор начал работать стабильно, выдавая разряд до 4-5см. Но вот понять почему упала длина разряда с 11 до 5 я не могу. Может быть умножитель был какой-то особенный, хотя я покупал их у одного продавца, может быть есть какие-то проблемы с НСТ. Так же я пытался менять конденсаторы, и даже это никак не повлияло на его работу. Но не смотря на это результат меня вполне устроил, и для моих целей такого генератора должно хватить вполне.

Результаты создания ионолета

С изготовлением левитирующей платформы все было сложнее. Первый образец не взлетел, потому что был сделан полностью неправильно. Что же с ним не так? Во-первых, он очень тяжелый, ионный двигатель обладает очень маленькой тягой и поэтому, корпус должен быть очень легким. Во-вторых, места сгиба фольги (под проволокой), должны быть обтекаемыми, чтобы не возникало коронного разряда. В-третьих проволока должна быть тоньше, ведь сила напряженности электрического поля обратно пропорциональна радиусу кривизны и площади поверхности электрода, а в нашем случае она должна быть максимальной.

Вторая модель исправляла некоторые ошибки: края сгиба были плавными, проволока очень тонкой, масса была снижена до 6 грамм. Она даже начинала двигаться когда на нее подавалось напряжение, но все же она все еще была тяжелой.

Чтобы это исправить, я решил сделать ее из бальзы, самого легкого дерева с

плотностью 290кг/м3. Все размеры остались без изменений.

Но даже теперь, когда казалось бы соблюдены все условия, ионолет не полетел. Но в принципе, двигатель работает, он  создает тягу, но недостаточно сильную, чтобы поднять его в воздух. Это удалось установить, просто поставив свечу перед ним, и ионный ветер начал ее задувать.

У меня есть несколько предположений,  почему конструкция не взлетела. 

Первое предположение заключается в том, что просто не хватает напряжения.  Я не могу померить напряжение на выходе генератора, потому что у меня нет такого мощного киловольтметра,  поэтому я не в силах подтвердить или опровергнуть это предположение. Но оно кажется мне не совсем верным, потому что конструкции других авторов взлетают даже от 17кв, при примерно той же массе, что и у меня. А мой генератор выдает явно больше чем 17кв.  Поэтому я выдвинул более правдоподобное предположение. Я полагаю, что в моей конструкции не соблюдено соотношение массы лифтера к его периметру. Поясняю, если мы увеличим периметр боковых сторон ионолета в два раза, то поток ионов станет больше, примерно в 2 раза, но его масса измениться не в два раза, а гораздо меньше, таким образом, при небольшом увеличении массы лифтера, мы в несколько раз увеличиваем поток ионов. Это утверждение мне и предстоит проверить в ближайшее время.

Выводы

Выводы из проекта

Из моего проекта можно сделать несколько выводов:

В процессе работы над проектом я подтвердил существование ионного двигателя  и доказал на опыт его работоспособность. Мне удалось создать на половину работающую модель. Сфера применения данного двигателя целесообразна, только тогда, другие варианты неэффективны или нецелесообразны.

Будущее проекта

В ближайшем будущем я планирую закончить изготовление модели ионолета, заставить его полететь. А после этого провести серию экспериментов по повышению КПД, то есть уменьшить необходимую мощность для подъема 1 грамма конструкции. Также я планирую уменьшить масса-габаритные параметры источника питания, вместе с тем увеличив его выходное напряжение.

Список литературы

Форум  http://flyback. org. ru

http://flyback. org. ru/viewtopic. php? t=392&start=175&sid=02b3ad731913425742af0ef2944acfd4