Эффект бифельда-брауна. Проект эффект Бифельда Брауна. Индивидуальный итоговый проект
 Скачать 183.21 Kb.
|
|
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение города Тулуна «Средняя Общеобразовательная школа № 6» ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ИТОГОВЫЙ ПРОЕКТ Ионный двигатель или эффект Бифельда-Брауна. Автор: Скулкина Ангелина ученица 11 «А» класса МБОУ СОШ №6 г.Тулуна Руководитель: Корнелюк Надежда Васильевна Преподаватель физики МБОУ СОШ №6 г.Тулуна Тулун 2020 г. ОглавлениеВведение. 2 ЧАСТЬ 1. Эффект Бифельда-Брауна. 3 1.1.Принцип действия эффекта Брауна. 3 1.2.Официальное объяснение эффекта Бифельда-Брауна. 5 ЧАСТЬ 2. Практическая часть. 6 2.1. Принцип действия. 6 2.2. Необходимые материалы. 6 2.3. Этап создания модели. 7 2.4. Способы увеличения силы эффекта : 7 2.5. Объяснение эксперимента. 7 Часть 3. Заключение. 9 3.1. Положительные и отрицательные стороны ионолёта. 9 3.2. Практическое применение эффекта. 10 3.3. Вывод. 11 3.4. Список использованной литературы. 12 Введение.Актуальность проекта. В наши дни физики довольно хорошо изучили однородное электрическое поле, но к сожалению неоднородное электрическое поле изучено не так подробно. Объект моего проекта – эффект Бифельда-Брауна, он непосредственно связан с неоднородным электрическим полем, что дало возможность соприкоснуться с этой темой поближе, особенно учитывая, что в школьной программе по физике этой теме уделено недостаточное количество внимания. 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. Актуальность работы состоит в том, что если человек научится, изменив конструкцию, использовать двигатели на ионной тяге не только в космических ракетах, но и на земле, то он получит двигатель, не загрязняющий окружающую среду, так как озон распадается до кислорода в достаточно быстрые сроки. В работе предложена конструкция такого двигателя. Вопрос выбора темы для проектной работы занял у меня немало времени, остановив свое внимание на данной теме я очень заинтересовалась. За малознакомым названием эффекта лежит большой потенциал для осуществления увлекательного исследования и демонстрации интересных опытов. К тому же меня заинтересовал тот факт, что у эффекта Бифельда-Брауна нет широкого применения, хотя использование ионного спутника дает большие преимущества, например: он имеет хорошее кпд очень долгое время работы двигатель, работающий от электричества намного экологичнее химического. Цель - исследовать Эффект Бифельда-Брауна и создать наглядную модель ионолёта. Задачи проекта: изучить историю открытия эффекта Бифельда-Брауна; найти теоретическое обоснование данного эффекта; рассмотреть область применения данного эффекта в быту или промышленности; выяснить положительные и отрицательные стороны ионолёта; ЧАСТЬ 1. Эффект Бифельда-Брауна.Эффект Бифельда – Брауна относится к электрокинетическим эффектам, и не является реактивным. Это электрические движители активного типа. Данная технология, как и механические приводы активного типа (инерциоиды), способна обеспечить движение транспортного средства в любом заданном направлении, без реактивного выброса массы. В основе технологии лежат классические электрические взаимодействия, организованные таким образом, что возникает градиент давления эфира и движущая сила. Применение данной технологии целесообразно на летательных аппаратах, а также в любой технике, включая приводы электрогенераторов. Замечание по истории вопроса: автором открытия был Томас Таунсенд Браун (Thomas Townsend Brown), а поскольку он работал в лаборатории Профессора Бифельда (Dr. Paul Alfred Biefeld), Университета Денисон, город Гранвиль, штат Огайо, то эффект назван именами Профессора Бифельда и Томаса Брауна. Принцип действия эффекта Брауна. Суть эффекта Брауна, открытого в 1921 году, состоит в следующем: противоположные силы Кулоновского притяжения двух или более тел могут быть не равны друг другу. В результате, в системе электрически заряженных тел (диполе) может существовать суммарная ненулевая действующая сила, направленная от отрицательного электрода к положительному. Отметим важную особенность данного метода: Браун работал с электрическими конденсаторами, имеющими твердый диэлектрик особой формы. Для того, чтобы описать эти физические процессы в нескольких словах, автор употреблял термин «создаем стресс в диэлектрике», то есть, имело место сжатие и деформация вещества под действием электрического поля. Наибольшие эффекты были отмечены автором при таких напряжениях высоковольтного источника питания, которые были близки к напряжению пробоя и разрушения диэлектрика. Полагаю, что в данном случае, большую роль в создании движущей силы играет упругость материала диэлектрика, хотя Браун не отмечал этот фактор. С другой стороны эффект Брауна для конденсатора с диэлектриком можно трактовать и как результат искривления орбит электронов в материале диэлектрика. В таком случае, возникают инерциальные эфиродинамические эффекты. Кривизна орбиты электрона, в сильном электрическом поле, должна приобретать асимметрию, и это должно приводить к появлению некомпенсированной центробежной силы, действующей в сторону положительного электрода. Тем не менее, есть много других способов реализовать данный эффект. В своем патенте «Устройство для производства силы или движения при помощи электродов», патентная заявка от 15 апреля 1927 года, Томас Т. Браун описал конструкцию элементарного устройства – «гравитатора», показав его применение не только в роли движителя для транспорта, но и в энергетике, для вращения ротора электрогенератора (Рис. 1 ). По эффективности данного метода, можно сказать, что она «бесконечно большая», поскольку движущая сила создается при отключенном внешнем источнике питания, и действует до тех пор, пока конденсатор заряжен. Реальные токи утечки в конденсаторе ограничивают эффективность, поэтому она составляет всего «тысячи процентов», по мнению Брауна. Могу лишь добавить, что современные диэлектрические материалы позволяют создавать максимально эффективные конструкции таких движителей, с минимальной утечкой заряда. Изучение эффекта Брауна в США было организовано в серьезных лабораториях. Например, в докладе военных специалистов США Томас Бадер и Крис Фази пишут о том, что в патентах Брауна рассматривается как ионный электрокинетический эффект, так и другой эффект, создающий движущую силу неизвестной природы. Отмечается, что ионный эффект слишком мал, чтобы объяснить создаваемую силу тяги. Исследования, организованные в ряде других лабораторий, подтвердили наличие эффекта Брауна в вакууме, где ионизация исключается. Анализ информации, по более позднему патенту Брауна № 3187206, 1965 года, позволяет сделать вывод о том, что главным условием проявления силовых эффектов является асимметрия силового взаимодействия системы электрически заряженных тел. Данная асимметрия может быть создана в воздушном конденсаторе, за счет формы электродов, или в конденсаторе с диэлектриком. На рис. 2 показаны различные формы диэлектрика, которые позволяют создать эффект Брауна. В левой части рисунка, показаны точечный электрод малой площади и плоский электрод большей площади. При этом, электрод большой поверхности подключен к положительному выводу источника разности потенциалов, а малый электрод – к отрицательному выводу. В данном случае, движущая сила направлена в сторону электрода большей поверхности. Акцентируя асимметрию площади электродов, Браун предлагает создать диэлектрик специальной формы, с трапециевидным сечением, расположенным между полосами электрода малой площади (отрицательный) и электрода большей площади (положительный). Миниатюризация и пакетирование таких пар электродов в многослойные батареи конденсаторов, показаны в правой части на рис. 2. Наиболее распространенная модель треугольной схемы, выполненная по схеме Брауна, которую часто описывают как «летающий конденсатор» (в английском варианте «lifter»), включает в себя один электрод, выполненный из тонкого провода, и второй плоский электрод (пластина, или полоска из фольги). На рис. 3 показана структура электрического поля, создаваемого в такой системе электрически заряженных тел. Геометрия электрического поля, в данном случае, такова, что на провод действуют примерно одинаковые по модулю кулоновские силы во всех направлениях. Векторная сумма данных сил имеет ненулевую величину, но она намного меньше, чем векторная сумма сил, действующих на плоский электрод. Для плоских электродов, на них действуют кулоновские силы направленные, преимущественно, верх. Разумеется, ионизационные эффекты имеют здесь место, так как тонкий провод создает мощную ионизацию, и этот факт является техническим препятствием для развития данного направления конструирования. Больших экспериментальных успехов в конструирования асимметричных конденсаторов такого типа добился Жан Луис Нода (Рис. 4.) (Jean Louis Naudin), Франция. К сожалению, большого интереса данный тип у инвесторов не вызвал. Большинство из них реагировало на предложения о развитии данного направления скептически, полагая, что это простые ионизационные эффекты. Разумеется, это не так. Ионизация воздуха может быть полностью устранена, и это подтверждают эксперименты с некоторыми вариантами конструкций в вакуумной камере. Официальное объяснение эффекта Бифельда-Брауна.В сильных электрических полях с постоянным током происходит ионизация ионов, которые присутствуют в воздухе. Для этого используются два электрода, один из которых обязательно должен быть заостренным или тонким. Именно возле него происходит максимальная ионизация воздуха, что создает мощный поток. При соблюдении главного условия, а именно подачи 1 кВт на 1мм зазора между электродами, силы ионного ветра достаточно, чтобы приподнимать вверх и поддерживать левитацию легких токопроводящих предметов. Официально утверждается, что данное явление возможно только в условиях атмосферы. При запуске оборудования в вакууме с соблюдением условия 1 кВт на 1мм зазора между электродами, эффект не наблюдается. Это является главным доказательством того, что левитация поддерживается благодаря присутствующим в воздухе ионам. ЧАСТЬ 2. Практическая часть. 2.1. Принцип действия. Прежде чем приступать к созданию эффекта Бифельда-Брауна своими руками, важно понять, почему возникает данное явление. В сильных электрических полях появляется коронный разряд. Это приводит к тому, что рядом с острыми гранями возникает ионизация атомов воздуха. На практике чаще всего используют 2 электрода. Первый имеет тонкую и острую грань, вокруг которой напряжение электрического поля достигает максимальных значений. Этого достаточно, чтобы началась ионизация воздуха. Второй электрод, напротив, обладает широкими и плавными гранями. Чтобы эффект сработал, напряжение между электродами должно составлять несколько десятков киловольт (или даже мегавольт). Эффект исчезнет, если между электродами произойдет пробой. Рядом с острым электродом происходит ионизация воздуха. Образующиеся ионы начинают двигаться к широкому электроду. В результате движения они сталкиваются с молекулами воздуха, что приводит к передаче энергии от ионов к молекулам. Последние либо начинают быстрее двигаться, либо сами превращаются в ионы. Это приводит к тому, что от острого электрода к широкому возникает поток воздуха. Силы этого потока достаточно, чтобы поднять в воздух небольшую модель. Данное устройство обычно называют ионолетом или лифтером. Проведенные исследования показывают, что эффект Бифельда-Брауна в вакууме не работает. Наличие газовой среды является обязательным условием для создания явления. 2.2. Необходимые материалы.Для воссоздания эффекта Бифельда-Брауна потребуется: кусочек медной проволоки с сечением 0,09  (острый электрод);планки древесины (бальсы); фольга (широкий электрод); этилцианоакрилатный клей (суперклей); источник высоковольтного напряжения (блок питания). 2.3. Этап создания модели.В качестве бальс берем обычные бамбуковые шпажки, делаем из них каркас нашего ионолёта. Скрепляем бальсы между собой суперклеем. Обтягиваем каркас фольгой, закрепляя её так же суперклеем (Рис. 6.). Сохраняя расстояние между фольгой и проволокой - 3 см., обтягиваем каркас медной проволокой . Чтобы защитить конструкцию от левитации, прикрепляем ее к поверхности капроновыми нитками и скотчем (Эффект Бифельда-Брауна заставит ионизатор подняться в воздух. А привязанная нить ограничит высоту его «полета»: он сможет подняться только на высоту, равную длине нити). Подключаем устройство к высоковольтному источнику напряжения (30 кВ), к острому электроду (проволоке) подключается «плюс». к пластине из фольги крепится отрицательный вывод. 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 0.1мм. Масса модели составляла 14 грамм. Но модель не взлетела, поэтому окончательный вариант был сделан из бальсы 3*3мм. Это заметно облегчило конструкцию, теперь ее масса составляла всего 1 грамм. 2.4. Способы увеличения силы эффекта :уменьшить расстояние между электродами (то есть увеличить емкость конденсатора); увеличить площадь электродов (это также приводит к повышению емкости конденсатора); увеличить потенциал электрического поля (увеличив напряжение между обкладками). Эти способы позволят увеличить высоту, на которую может подняться ионизатор. 2.5. Объяснение эксперимента.Алюминиевая пищевая фольга и тончайшая медная проволочка, а между ними — лишь 3 сантиметра воздуха. Фольга и проволочка закреплены на треугольном диэлектрическом каркасе из легких пластиковых палочек. Конструкция покоится на столе, и как на любой предмет, на нее действует сила тяжести со стороны Земли. Но стоит создать между фольгой и проволочкой разность потенциалов в несколько тысяч вольт, подав на нее высокое постоянное напряжение порядка 30000 вольт от маломощного источника питания, как конструкция, словно по волшебству, взлетает. Речь здесь не идет о взлетающем конденсаторе, ведь обкладки, если их вообще можно так назвать, почти не перекрывают друг друга по сколь-нибудь значимой доле своих площадей, а значит практически никакого накопления энергии в диэлектрике между «обкладками» не происходит. Если бы конструкцию не удерживали на столе тончайшие крепкие ниточки, она продолжила бы свое поступательное движение в направлении электрода из тонкой проволоки, но поскольку ниточки крепко держат изделие, оно просто зависает в воздухе над столом и как-бы левитирует над ним. Этот эксперимент - наглядная демонстрация эффекта Бифельда-Брауна. Эффект Бифельда-Брауна — это один из тех немногих физических эффектов, которые не так то просто однозначно объяснить и внятно описать даже сегодня. Фактически возле электрода-проволочки малой площади напряженность электрического поля в десятки раз превышает напряженность возле электрода-фольги большой площади. Это значит, что на окружающее пространство данные «обкладки» воздействуют по-разному. В пространстве между электродами и около них имеет место сильно несимметричная картина постоянной во времени напряженности электрического поля. Здесь есть, конечно, в качестве одной из составляющих, так называемый «ионный ветер», вклад которого, однако, в движение конструкции очень и очень мал, на «ионный ветер» приходится менее сотой доли всей тяги — менее 1% подъемной силы. Ионного ветра хватает разве что на то, чтобы немного отклонить язычок пламени, как в школьном эксперименте с высоким напряжением на кончике иглы, поднесенной к зажженной свече. Это совсем мизерная сила, она не сможет даже приподнять фольгу от стола, не говоря уже о том, чтобы удерживать в подвешенном состоянии на натянутых нитях изделие весом в десятки и сотни грамм. Из 100 грамм тяги «ионный ветер» создает максимум 1 грамм. Кроме того, 40% тяги при работе не в вакууме создает движение потока воздуха, возникающее вследствие эффекта коронного разряда на резкой грани в электрическом поле. На этом принципе уже сегодня работают электростатические безлопастные вентиляторы. Возле тонкого электрода атомы воздуха ионизируются, и начинают двигаться в направлении широкого электрода, по пути они сталкиваются с другими молекулами воздуха, отдают им долю собственной кинетической энергии, или опять же ионизируют, и те поэтому ускоряются. Так создается поток воздуха от тонкого электрода — к широкому. Этого потока воздуха достаточно чтобы поднять очень легкие модели по принципу реактивного движения с отбросом массы (масса молекул воздуха). Но в контексте того о чем будет сказано ниже, даже эта крупная составляющая эффекта Бифельда-Брауна является всего лишь паразитной компонентой, зависящей от величины тока (на самом деле - тока утечки). Вся соль эффекта в том, что около 49% тяги, как говорят ученые, имеют здесь неизвестную природу, то есть практически половина общей подъемной силы как-то связана с действием несимметричного электрического поля на окружающее пространство, и вообще не связана с величиной тока, создаваемого потоком ионов воздуха. По всей вероятности речь идет о воздействии этой заряженной конструкции на гравитационное поле над электродом малой площади. Если убрать ниточки, которые удерживают изделие на столе, оно будет все время стремиться вверх — в сторону электрода малой площади. На этом принципе, как предполагают российские ученые Эмиль Бикташев и Михаил Лавриненко, можно попробовать построить очень эффективный двигатель для космического аппарата. Эксперимент в вакууме подтвердил принципиальную возможность данной затеи. Часть 3. Заключение.3.1. Положительные и отрицательные стороны ионолёта.«Минусы» ионолетов: потребность в большом напряжении порядка нескольких десятков тысяч вольт; радиоактивное излучение; достаточно большие габариты; зависимость от блока питания; потребность в постоянной подаче воздуха; может поднять только нетяжелый груз. «Плюсы» ионолетов: легкость конструкции; сравнительная легкость изготовления; сравнительная дешевизна изготовления (без учета блока питания); максимальная зафиксированная сила тяги 10 грамм на 1 вт, что является мировым рекордом; достаточно высокий кпд до 75% ; ионолет может поднять груз, превышающий по массе саму конструкцию ионолета; маленький ток; возможность использования проводов с маленьким сечением; конструкция не нагревается; не используются стальные и железные детали; почти полное отсутствие магнитного поля; использование воздуха в качестве топлива, что экологически безопасно; образующийся в результате ионизации озон o3 полезен для здоровья; негромкая работа двигателя (звук ветра); перспективы применения. 3.2. Практическое применение эффекта.Чтобы эффект Бифельда-Брауна работал, необходимо применять мощный источник высокого напряжения, что не всегда безопасно. Изначально изобретатель после открытия данного явления пытался применить его для создания крупных летательных аппаратов, способных переносить человека как самолет, а также поднимать его в космос. Специально для этого в своей лаборатории он построил большой аппарат длиной 7,5 м в виде диска. Лифтеры в его поле действия могли развивать скорость 15-25 км в час. Многолетние исследования ученого, а также его коллег по всему миру, не смогли дать действительно достойного практического применения данному эффекту. Сам Браун отталкиваясь от того, что существующая гравитация и электричество связаны между собой. В связи с этим его исследования были односторонними. Ученый практически досконально владел вопросом левитация от воздействия ионного ветра, но так и не успел создать неоспоримых доказательств той или иной теории. Сейчас эффектом Брауна пользуются для создания развлекательных показов из раздела «интересная физика». Как только данное явление было открыто, многие фокусники делали скрытые установки с источниками высокого напряжения, для поддержания левитации различных предметов, убеждая зрителей, что все это является результатом силы мысли или волшебства. Также нередко оборудование для поддержания левитации лифтера можно встретить в кабинетах физики высших учебных заведениях, где оно используется в качестве наглядного пособия. В школьных учреждениях подобных установок практически нет, за исключением нескольких лицеев, где осуществляется углубленное изучение физики. Путем лабораторных исследований по поднятию в воздух лифтера было установлено, что при удачной его конструкции для создания подъемной силы в 25 кг достаточно направить 1 кВт энергии. Практически, это самый минимальный показатель среди всех летательных аппаратов вертикального взлета. Он значительно превосходит по экономичности существующую сейчас технику – вертолет, самолет истребитель, а тем более ракету. Существует мнение, что эффект Бифельда-Брауна на самом деле не игнорируется учеными, и его исследуют в секретных лабораториях, принадлежащих НАСА и спецслужбам различных государств. Создание настолько эффективных тихоходных летательных аппаратов, которые смогли бы летать на электричестве, было бы серьезным прорывом в науке и обороноспособности. Подобные аппараты были бы универсальными и могли бы использоваться для полета в слоях атмосферы и вылетать в открытый космос. Однако для этого изначально необходимо подобрать инертный газ, частицы которого подойдут для отделения ионов, обеспечивающих повышение тяги. Также его нужно заключить в оболочку. Кроме того, существующие сейчас технологии по созданию элементов питания для накопления электричества недостаточно эффективные. Аккумуляторы слишком тяжелые, поэтому практически весь их заряд будет уходить только на подъем собственного веса. Однако можно встретить мелкие беспилотные летательные модели, работающие от данного эффекта. Также существуют образцы лодок, где в качестве толкательной силы также применяется ионный ветер. 3.3. Вывод.В ходе изучения информации, я выяснила, что эффект Бифельда-Брауна – это электрическое явление, при котором возникает ионный ветер, способный поддерживать левитацию отдельных предметов. Он был открыт в 1921 году физиком Томасом Брауном, который работал в лаборатории профессора Бифельда, поэтому явление и получило название в честь обоих ученых. В процессе создания модели ионолёта, я пришла к выводу, что подобные аппараты были бы универсальными и могли бы использоваться для полета в слоях атмосферы и вылетать в открытый космос. Однако для этого изначально необходимо подобрать инертный газ, частицы которого подойдут для отделения ионов, обеспечивающих повышение тяги. Также его нужно заключить в оболочку. Кроме того, существующие сейчас технологии по созданию элементов питания для накопления электричества недостаточно эффективные. Аккумуляторы слишком тяжелые, поэтому практически весь их заряд будет уходить только на подъем собственного веса. Однако можно встретить мелкие беспилотные летательные модели, работающие от данного эффекта. Также существуют образцы лодок, где в качестве толкательной силы также применяется ионный ветер. Существуют сведения, что данные технологии уже использованы в таких проектах, как самолет-невидимка B-2. Таким образом, нет сомнений, что в недрах подземных лабораторий продолжаются работы над созданием летательных аппаратов, использующих принцип электрогравитации, и в ближайшем будущем, видимо, мы их увидим. 3.4. Список использованной литературы.А. В. Фролов. Новые космические технологии. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 198 с. http://electrik.info/main/fakty/1459-levitaciya-i-effekt-bifelda-brauna-ionnyy-veter-kak-eto-rabotaet.html Карагодин Д.А. Электрогравитация Т.Т. Брауна, НИГ«Челябинск-Космопоиск», 11.06.2007 г., Эрик Роджерс «Физика для любознательных» в 2 томах изд. «МИР», МОСКВА, 1970г. Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс «Фейнмановские лекции по физике» в 9 томах изд. МИР», МОСКВА, 1977г. Боб Янини «Удивительные электронные устройства» изд. NT Press, МОСКВА, 2008г. «Доклады независимых авторов», изд. «DNA», Россия-Израиль, 2009  Рисунок 1. Схема Брауна и его применение в роторе электрогенератора.  Рисунок 2. Принцип асимметрии структуры электрического поля.  Рисунок 3. Поле между двумя асимметричными электродами конденсатора.  Рисунок 3. Схема летающего конденсатора Жана Л. Нода. |