Vypracoval: Petr XXX (Dibur_X) Název experimentu: Lifter

Stručný popis: V našem experimentu se pod pojmem Lifter myslí konstrukce o malé hmotnosti. Tato konstrukce má na sobě tak uzpůsobené elektrody vysokého napětí, že při připojení vysokého napětí o definované velikosti začne na lifter působit malá elektrostatická síla a lifter se začne pohybovat. Tato síla může u málo hmotné konstrukce být větší než síla gravitační, lifter tedy může vzlétnout. Motivace k jeho provedení: jde o zajímavou ukázku, že elektrostatika se dá použít i k letu. Nezkušený pozorovatel experimentu mnohdy nechce věřit, že je možné, aby něco létalo bez vrtulí či proudových motorů, a do poslední chvíle žije v naději selhání experimentu. Otvírá dveře myšlenkám, že dávno objevené věci se dají nově a neobjeveně použít.

Princip funkce: Při připojení napětí na lifter vznikne mezi drátem (horní elektroda) a alobalem (dolní elektroda) poměrně silné elektrické pole. Toto pole má největší intenzitu u tenkého drátku (na obr. č. 1 červeně), kde dochází k ionizaci plynu. Buď proto, že si drátek přitáhne opačně ionizované molekuly okolo sebe k sobě a ionizuje je na stejné znaménko náboje, nebo proto, že neutrální molekuly, jež se o něj otřou, ionizuje. A v neposlední řadě je do místa s větší intenzitou elektrostatického pole vtahován i dipól (molekula s dipolovým momentem), jenž drát též může ionizovat.

Obrázek č.1: lifter v řezu [4]

Tento ionizovaný plyn (na obr. č.1 oranžově) je přitahován spodní elektrodou (na obr. č.1 zeleně) a elektroda je přitahována jím. K vysvětlení původu této síly stačí odkázat na známý vztah z elektrostatiky:

qEFrr

= (1) Kde F je síla, E intenzita elektrostatického pole (šipky na obrázku), q náboj jednoho iontu. Vše v jednotkách SI.

Tedy plyn se snaží prostupovat směrem k spodní elektrodě okolním vzduchem, jenž klade odpor, a elektroda (i s celím liftrem) je tažena směrem nahoru. Až plyn dosáhne úrovně spodní elektrody, tak se neutralizuje či nabije na stejný náboj jaký má spodní elektroda. Odchází pak směrem dolů (má setrvačnost). V případě, že je nabit stejně jako spodní elektroda, tak ji odpuzuje směrem nahoru. Samozřejmě na celý proces se můžeme dívat zrcadlově z pohledu druhé elektrody. Ovšem rozdíl mezi tvarem elektrod způsobuje, že na

vrchní elektrodě (drátu) se lépe ionizují molekuly, protože je tam největší intenzita elektrického pole. Tedy vzniká nerovnováha v počtu ionizovaných molekul, která určuje působení výsledné síly. Také lze sledovat, že účinnost lifteru je vyšší, když na vrchní elektrodě je kladný pól napětí. Vysvětlení je, že se molekulám vzduchu lépe odebírá elektron než přidává a případně vytlačené elektrony (pro záporný pól na vrchní elektrodě) prostupují prostředím mnohem snáze, než ionty molekul, které jsou jedinými nosiči kladného náboje. Z principu funkce lifteru vyplývá, že nemůže fungovat ve vakuu. Potřebný materiál (pro mnou ozkoušený lifter) : K Postavení lifteru: - lehké balzové dřevo (v každém dobrém modelářství)

- Tenká balzová deska délky 1m tloušťka okolo 1 mm šířka libovolná (ale alespoň 3 cm…bude se řezat na proužky)

- Velice tenký odizolovaný drát cca 10m. Čím je drát tenčí tím je lepší. Musí mít však pevnost v tahu alespoň obyčejné nitě. - Lepidlo na dřevo (Hercules) - Sekundové lepidlo (stačí nejlevnější za pár Kč) Já spotřeboval cca 3 malé tubičky lepidla za cca 10 Kč. Je lepší pokud schne spíše v řádu 2-5 minut než do minuty. - jehla - kancelářský nožík - alobal, 20m role stačí s velkou rezervou (odizolovaný, tedy bez plastu) - obyčejná tenká průhledná izolepa popřípadě něco podobného (lékařská bílá) čím menší hmotnost, tím lépe

Pomůcky: - Stejnosměrný vysokonapěťový zdroj cca 30-15 kV, který udrží trvalý proud v rozmezí 4 – 15 mA (nevím přesně). Místo vysokonapěťového zdroje lze použít odepsaný či nezcela funkční CRT monitor (běžný monitor k PC ovšem ne LCD).

- kabely, jimiž se přivede napětí ze zdroje k lifteru. (Já jsem použil obyčejný drát, obalený několikrát v tlusté bužírce, u které jsem měl ozkoušeno měřákem, že ji neprorazí)

- kleště (styl kombinačky) Konstrukce lifteru: Z balzové desky se vyříznou 3 pásky o délce 70 cm a 3 o délce 35 cm, šířka 3-5 mm. Dále vyřízneme 6 pásků o délce 10 cm a šířce 8-10 mm, z nichž uděláme sloupky. Sloupky ve spodních 5 cm zúžíme na 5-7 mm a u 3 sloupků lehce zašpičatíme směrem k zúžení, aby strany sloupku svírali přibližně 60°. Z těchto tří sloupků a tří 70 cm pásků slepíme pomocí Hercula rovnostranný trojúhelník. Do středu stran trojúhelníku přilepíme zevnitř zbylé 3 sloupky rozšířením nad stranu. Spodek pásků přilepíme na každém sloupku stejně (cca 3 až 4 cm od spodu sloupku). Přilepením 3 35cm pásků dovnitř trojúhelníku, v něm vytvoříme vepsaný rovnostranný trojúhelník. Z alobalu vyřízneme 9 pásků o délce 35 cm a

šířce cca 4 cm. Pásky se snažíme nepomačkat. Lehce naneseme lepidlo na několika místech strany rovnostranného trojúhelníku a ze shora přiložíme prostředek alobalového pásku po celé délce strany a následně opatrně složíme alobalový pásek okolo dřevěného balzového pásku z něhož je strana rovnostranného trojúhelníku vyrobena. Snažíme se, aby se hlavně vrchní strana alobalu, zejména vrchní válcová část budoucí elektrody (tedy střed přikládaného alobalu) nepomačkal a zůstal pěkně kulatý. Ve spod k sobě dva konce alobalu přilepíme sekundovým lepidlem. Tento postup opakujeme pro všechny strany. Spodky alobalu pak sevřeme podobně jako jsme alobalem svíraly balzu do lepící pásky. Ovšem snažíme se, aby izolepa polepila co nejmenší část alobalu. Izolepa má sloužit pouze k vypnutí stran a je zajištěna o spodní část sloupku v rozích trojúhelníku. Ve spodní části sloupků vodivě propojíme jednotlivé alobalové strany. Dále si připravíme ve vrchních částech sloupků dírky pro napnutí druhé elektrody (tenkého drátu). Dírky uděláme do balzy pomocí jehly rozehřáté na vysokou teplotu a uchycené v kleštích. Dírky by měli být na každém sloupku ve stejné výšce. A měly by se opakovat po co nejmenší vzdálenosti (ovšem zbytečně neriskovat zničení sloupku). Dírkami se na konci bude provlékat drát. Vzdálenost drátu a vrchní části alobalu by měl být taková, aby nedocházelo k výbojům. To závisí na vlhkosti, tlaku a pod. Proto před každým experimentem je třeba tuto vzdálenost vhodně nastavit a provléci drát vhodnými dírami. Vzdálenost alobalu a drátu pro barevný monitor (cca 30 kV bez zatížení) se pohybuje cca od 2,5 cm do 4,5 cm. V průběhu stavby se snažíme, aby byl lifter co nejlehčí. Je tedy možno vynechat izolepu či odřezat část sloupků. Doporučuji však až po prvním experimentu, kdy zjistíte zda letí, či se jen výrazně nadlehčuje atp. Provedení experimentu:

Experiment vyžaduje, aby lifter byl zajištěn proti odletu ze stanoviště experimentu. Je dobré rohy uchytit například na 10cm nit přilepenou izolepou ke stolu. Také je třeba dávat pozor, aby se někde nezkřížili přívodní vodiče k lifteru atp. Práce s vysokým napětím, jež dokáže dát stabilní proud, není triviální (může dojít k vážnému úrazu). Je třeba vše kontrolovat a uvědomovat si, že i některé, v normálních podmínkách nevodivé, látky se snadno stanou vodiči. Zásady, jež platí při práci s VN či VVN je dobré dodržovat. Tedy například na zařízení člověk nesmí pracovat sám. Minimálně pod dohledem druhé osoby. Zařízení musí být při práci na něm odpojené od přívodu elektrické energie, zkratované a uzemněné. Také je dobré si uvědomit, že proud nemusí téci jen mezi elektrodami, ale také v nedalekém okolí (klidně i několik metrů... zaleží na napětí, vlhkosti atd.). Například vzduchem či po stole. Tedy po vypnutí experimentu je možné dostat ránu od uzemněného předmětu, jestliže jste se zdržovali poblíž.

Při experimentu je dobré například pomocí kouře ukázat, proudění vzduchu okolo lifteru, a též ukázat ionizaci a proud vzduchem při zhaslém světle. Popřípadě by bylo zajímavé vyrobit létající miniaturu, jež by se vešla do vývěvy, a ukázat, jak klesá účinnost s klesajícím tlakem. Závěr a kde začít s dohledáváním Přiznám se, že jsem se neodhodlal k pořádné rešerši, kterou by si jistě lifter zasluhoval. Doslechl jsem se od pana Ing. Lánička [1], že jistý americký vědec se seriózně principem lifteru zabývá. Jistě jde tento princip podstatně vylepšit. Například vypouštěním okolo lifteru specifické látky o určitých vlastnostech, méně energeticky nákladnou ionizací plynu,

opakovaným využitím již ionizovaných částic pomocí více elektrod čí pomocí určité frekvence spínání (ionizace plynu je jistě energeticky náročná), zmenšením počtu druhou elektrodou ionizovaných částic atp. Prameny a další informace: [1] http://hw.cz/Teorie-a-praxe/Dokumentace/ART1063-Lifter---levitujici-kondenzator.html [2] http://jlnlabs.imars.com/lifters [3] Google při zadání lifter [4] http://jnaudin.free.fr/lifters/ekpsim/index.htm