poster - Migacz - Uniwersytet Wrocławski

Projekt Lifter
Piotr Przybylski [email protected]
Rafał Topolnicki [email protected]
KNF ”Migacz” Uniwersytet Wrocławski
Abstrakt: W pracy opisujemy konstrukcję liftera oraz podstawowy model wyjaśniający zasadę jego działania. Następnie przytaczamy uzyskane przez nas pomiary.
Są to zależności napięcia startu od obciążenia, natężenia startu od obciążenia oraz napięcia od natężenia dla różnych geometrii urządzenia. Wykonana została
symulacja komputerowa rozkładu pola elektrycznego wokół liftera. Pomiary pozwalają na postawienia wielu pytań będących punktem wyjścia dla dalszych badań.
Wstęp
Opracowanie wyników
Lifter (jonolot) jest urządzeniem, którego działania do tej pory nikt nie wyjaśnił. Właśnie to skłoniło nas do budowy lifterów w różnych wariantach i
przeprowadzenia serii eksperymentów i pomiarów mających na celu poznanie tego zjawiska. Powszechnie uważa się, że za odrywanie urządzenia od
ziemi odpowiada tzw. efekt Biefelda-Browna, który został opisany poniżej.
Niestety, nie został sporządzony do tej pory żaden opis ilościowy. Uzyskane w
doświadczeniach rezultaty wskazują na to, że zjawisko jonizacji powietrza jest
niewystarczające do wyjaśnienia mechanizmu powodującego unoszenie się.
Symulacja komputerowa
Sporządzono wykresy zależności napięcia U między elektrodami od natężenia prądu I. Uzyskane zależności wydają się mieć charakter wykładniczny i
zostały przybliżone funkcją eksponencjalną:
Wykonano symulacją komputerową
pola elektrycznego wokół skrzydła
liftera. Przyjęto następujący, skrajnie
uproszczony, model:
(1)
I(U ) = A (exp (BU ) − 1)
Traktujemy skrzydło liftera jak kondensator o pojemności C na
okładkach którego znajduje się ładunek q,
Ładunek na górnej okładce rozkłada się z stała gęstością liniową λ =
Współczynniki A i B dla wybranych lifterów, przy obu polaryzacjach, zebrano
w poniższej tabeli:
Rysunek: Lifter L1 w locie. Korona na +, napięcie między elektrodami
16, 21kV
Efekt Biefelda-Browna
Efekt Biefelda-Browna został odkryty
w latach dwudziestych ubiegłego wieku
przez Thomasa Townsenda Browna, ale
nazwany został również nazwiskiem promotora, Paula Alfreda Biefelda. W trakcie
eksperymentów z lampami rentgenowskimi, Brown odkrył, że w pewnych warunkach na lampę zaczyna działać siła, której
nie udało się opisać żadnymi znanymi teoriami. Przekonany, że odkrył nową zasadę
elektromagnetyzmu zgłosił wynalazek do
urzędu patentowego. Niestety, do tej pory
nie została wyjaśniona natura tego zjawiska. Tłumaczenie efektu jest następujące: Do elektrod przykładana jest różnica
potencjałów rzędu 104 V. ze względu na
bardzo duże natężenie pola elektrycznego, przy elektrodzie o wyższym potencjale
dochodzi do jonizacji powietrza. Powstała w ten sposób chmura jonów dodatnich, zostaje gwałtownie przyciągnięta
do elektrody o niższym potencjale. Poprzez wymianę pędów wytwarza się siła,
która równoważy, a następnie przewyższa siłę grawitacji działającą na lifter i
ostatecznie powoduje oderwanie się od ziemi całego urządzenia.
Ap
L1 0, 00227
L3 0, 00500
L4 0, 00650
Bp
0, 3219
0, 2275
0, 2187
Am
0, 00075
0, 00745
0, 00461
Bm
0, 4068
0, 1944
0, 2352
L
Dolną elektrodę dzielimy na N pasków i wprowadzamy na nią ładunek
q
porcjami, po dq = , (N n),
n
Na każdym z pasków może zgromadzić się jedynie ładunek dq bądź 0,
Każda z porcji dq zostaje umieszczona na pasku, na którym działa na nią
najmniejsza siła ze strony górnej elektrody oraz ładunku zgromadzonego
na dolnej elektrodzie,
Ładunek dq nie może się przemieszczać,
Odwracamy kolejność zajętych pasków.
−
→
Jednym z wyników symulacji jest wykres | E |
Następnie wykreślono zależności obciążenia lifterów od napięcia i natężenia
opadania. W badanym zakresie zależności m(I) i m(U ) wydają się mieć
charakter liniowy:
m(U ) = aU + b
m(I) = cI + d
(2)
Rysunek: Wartość pola w przekroju na wysokości 0, 5 nad skrzydłem
liftera
Podobną symulację wykonano dla kwadratowego liftera:
Rysunek: Wartość pola w przekroju tuż nad dolną elektrodą liftera
Oba wykresy uzyskano dla następujących parametrów: L = 1000,
H = 30, h = 20 [jd], N = 30000, n = 1500,q = 1500 [jq].
2
−9 jq
Pole elektryczne w 0, 18 · 10 [ jd2 ]
Poszarpany kształt pola świadczy o niedoskonałości użytego modelu.
Największy wpływ na niepoprawność wyników symulacji ma przyjęty
model rozkładu ładunku na płycie a w szczególności założenie, że
obsadzony pasek jest nieruchomy.
Przygotowanie eksperymentu
Układ pomiarowy składa się z trójkątnego liftera podłączonego do zasilacza
High Voltage Power Supply Bertan INC 205B. Użyty zasilacz umożliwia precyzyjne określenie napięcia oraz natężenia prądu między elektrodami:
(∆U = 0, 01kV
q
Wnioski
∆I = 10−3mA)
L1
L2
L3
L4
Zwrot siły ciągu nie zależy od polaryzacji elektrod,
Powstająca siła jest większa gdy górna elektroda naładowana jest
dodatnio. Przy takiej polaryzacji lot jest stabilniejszy,
Siła ciągu skierowana jest zawsze od małej do dużej elektrody,
Wartość powstającej siły nośnej silnie zależy od geometrii elektrod.
h[mm] H[mm] L[mm] m[mg]
30
45
200
2300
25
65
210
2900
25
55
210
2730
25
45
210
2590
Plany
Każdy z lifterów obciążano plasteliną. Dla każdego obciążenia wykonywano
7 pomiarów napięcia i natężenia prądu, przy których lifter opadał. Starano
się ustalić zależność tych parametrów od masy plasteliny, polaryzacji elektrod,
powierzchni dolnej elektrody oraz średnicy drutu, z którego wykonano koronę.
Mierzono również, zależność napięcia U między elektrodami od natężenia prądu I dla małych wartości U . Liftery L3 i L4 powstały poprzez skrócenie dolnej elektrody liftera L2 o odpowiednio 1 i 2 cm.
W celu dokładniejszego zbadania zjawiska należy wykonać szereg eksperymentów:
Sprawdzenie wpływu atomosfery na zależności I(U ), m(U ), m(I).
Przykładowo, lifter może latać w kartonowym pudle do którego wlano
opary ciekłego azotu,
Zbadanie powyższych zależności w funkcji odległości między elektrodami,
Konstrukcja małego liftera i umieszczenie go pod kloszem próżniowym.
Współczynniki dla wykresów m(U ):
L1
L2
L3
L4
ap
0, 00112
bd
0, 00269
0, 00218
bp
15, 662
bd
17, 846
16, 845
am
0, 00297
0, 00342
0, 00281
0, 00251
bm
15, 984
18, 476
18, 693
17, 078
Literatura
1. T. Bahder, C. Fazi, ”Force on an Assymetric Capacitor”
2. J.-L. Naudin http://jnaudin.free.fr/ dostęp 25.10.2009 r.
Współczynniki dla wykresów m(I):
L1
L2
L3
L4
http://www.knf.ifd.uni.wroc.pl
ap
9, 93 · 10−5
bd
1, 84 · 10−4
2, 06 · 10−4
bp
0, 293
bd
0, 269
0, 291
am
2, 81 · 10−4
2, 99 · 10−4
2, 72 · 10−4
1, 34 · 10−4
bm
0, 291
0, 349
0, 307
0, 287
Podziękowania
Szczególne podziękowania dla dr Janusza Przesławskiego za nieocenioną
pomoc przy realizacji projektu.
http://www.wfa.uni.wroc.pl