Works contrary to common sense:
Straw Lifter Experiment
<< Innoplaza << Plasma Energy Links >> Suomeksi >>
Update 11.01.2003
Works contrary to common sense:
Straw Lifter Experiment
Text and photos: J. Hartikka
The Biefeld-Brown effect is a little-known means of flying by electricity. The existence of the effect was at first not taken seriously, because physics books do not know about it. However, for the surprise of witnesses our small flier lifted itself in the air. The lifter created around itself a violet halo effect. A hissing sound was heard and radio noise was observed. It also showed tendency to electrify nearby objects.
Straw and tinfoil are familiar from Christmas decorations. These are the materials used for this small kit, which flies with high voltage without any moving parts. The curious thing about this do I is that nobody seems to agree exactly why it flies. The effect escapes standard explanations of physics.
This experiment is based on the patent US3018394 of Thomas Townsend Brown from the 1960's. The patent has recently been found again by private experimenters. The Frenchman J. L. Naudin has introduced it on his home page is as 'Lifter' and experimenters around the word have got their kits flying.
Photo: An electric lifter was built from straw, aluminum foil and thin copper wire for experimenting with the Biefeld-Brown effect.
The Lifter Experiment
Although the effect has been tried to explain, the reason for it remains dim. Despite the shortcomings of theories the little toy blows air and lifts off the ground. By Brown, the effect works also in dielectric liquids like in oil. Naudin has duplicated also this experiment.
The lifter we are experimenting with is glued together from straws. The triangular straw beam is overlaid with aluminun foil with the corners of it connected together. Above the straw electrodes is a thin 0.06 mm copper wire electrode acting as a corona wire. These electrodes are mounted 24 millimetres apart from each other on insulating straw corner sticks. Length of one side of triangle is 11 centimetres.
The flier is activated by connecting high voltage between corona wire and tin foil electrodes. Corners of the straw lifter are fastened to the table top with thin cotton threads to prevent it from causing nasty electrical surprises to its operator.
Photo: Experimentation setup. High voltage source at left, a voltage meter behind it and a current meter on the table beside the lifter. An adjustable +3 - 30 kV voltage is lead to high voltage prube and further through the yellow lead to the the corona wire of the lifter. Ground lead is connected to the lower tin foil electrode. Experimenters favour using a low power high voltage supply with current output of only a few milliamperes, which is not perilous. However, a careless experimenter can get a stinging spark which is much more fierce than that from a pussycat nose. The high voltage supply can be used with batteries.
Takeoff:
Sequence of photos: Phases of takeoff when slowly raising the voltage. Lifter ready to fly - jerky takeoff - fying steadily on the end of cotton threads.
When raising the voltage the current meter needle wakes alive when the threshold voltage of corona is reached. This is about 10 kV saavutetaan. The hissing sound of spark discharges is heard. When raising the voltage still higher the lifter makes hesitating movements and then shoots up like an escaped balloon. The meter points a current of 0.13 mA and about 13 - 17 kV voltage at takeoff.
when the voltage is still raised to 20 kV the pitch of the hissing sound gets higher. The straw lifter took of with a power of three watts which is a about as much as a flashlight consumes.
Photo: The scale of a voltage meter shows 18 kV.
The corona wire of the lifter vibrates slightly and seems to arc a little upwards while the air starts blowing downwards. The arcing of the corona wire seems very small regarding the realative strength of the air blow, so it is difficult to say if the air blow reaction force lifting the flier is directed to the corona wire alone.
Photo: Our lifter stays up with a minimum current of 0.13 mA and with a voltage of 17 kV, which means power consumption of 2.24 W. Calculating from this, lifting one gram requires a power of 2.5 W. If our lifter weighed one kilogram, it would need 2.5 kW to take off. A lifter weighing one ton would need 2500 kW to hover in the air. We see that our primitive lifter is not very power effective. T. T. Brownin optimized the structure, the steerability and effectiveness of his inventions in 1960's. Some of the improvements are shown in the patent US2958790.
The lifter air blow does not seem very electric, but the voltage meter probe left a few centimetres from the high voltage lead collects charges and gradually raises the needle of the meter. The corona effect seems to ionize surrounding air. This ionic current carries charges to surrounding objects, like to the voltage meter in this experiment. It is, however, a side effect that seems not to be connected with the air blow and flying of the lifter.
The air blows from the thin corona wire to the direction of thicker tin foil electrode. The lifter flies likewise even when the polarity of the voltage is switched. The direction of the Biefeld-Brown effect seems to depend on electrode geometry and not on the polarity of voltage. The air blow is at best strong enough to put out the flame of a candle.
Photo: The straw lifter weighs 0.854 g without connected wires.
Corona Glows In Dark:
Photos: A hovering straw lifter in light and in dark. A corona curtain shows up between the electrodes. It has the appearance of fine thin fabric when looked at with bare eyes but the spark texture does not show up on a photograph.
The violet corona curtain between the triangular electrodes look like a miniature Aurora Borealis. The maximums of corona current glow as bright dots on the electrode corners. The lifter functions best when the corona curtain is consistent. The corona curtain on the above photo has a black region because the copper wire insulation has not been thoroughly removed.
Occasional spark discharges reduce the lifting effect. This so called arcing is reduced by avoiding sharp edges on the electrodes. A lifter with a uniform corona curtain lifts well. The air blow is directed from the thin electrode to the thick electrode.
The corona curtain consists of a lot of individual electric discharges, which together create an audible crackling or hissing sound. When the voltage is raised, the frequency of these discharges is also increased, and so is the pitch of the audible hissing sound.
Each individual this sides probably short cuts the electrical field of the electrodes or at least drops its potential. An oscilloscope shows abrupt downwards voltage peaks of several hundred volts magnitude. The voltage peaks are caused because of the capacitive discharges of the internal capacitor of the high voltage supply.
Every sudden voltage drop between the electrodes creates a pulse of the electric field which is called a scalar pulse. This pulse is like a piece of electric field escaped to the environment. The scalar waves are also called Tesla waves. Professor Konstantin Meyl has shown how to derive the scalar wave equations from Maxwell's equations. Scalar waves or their interference has been suspected as the reason for some special effects, but thir connection with Biefeld-Brown effect is not clear.
The lifter works also like an old spark gap radio transmitter. It generates wide band radio noise which reaches at least above 145 MHz, because a ham radio receiver of this frequency heard the noise of lifter's corona discharge.
How On Earth Can One Explain It..?
Ensimmäisenä kokeilemamme lennokin kuvan nähdessään tulee ilmiön selitykseksi kenelle tahansa fysiikan alkeisiin tutustuneelle mieleen tavallinen sähköstaattinen voima eli Coulombin voima. Samanmerkkiset sähkövaraukset hylkivät ja erimerkkiset varaukset vetävät toisiaan puoleensa, klassisena esimerkkinä kammattaessa hankaussähkön voimasta toisiaan hylkivät, pystyyn nousevat hiukset. Sähköstaattinen voimahan toimii myös tyhjössä. Sähköstaattisen voiman mahdollisuus kuitenkin putoaa jo koejärjestelyä tarkemmin vilkaistaessa pois, koska lennokin ympäristössä ei ole sähköisesti varautuneita pintoja, jotka voisivat aiheuttaa laitteen ilmaannousun.
Kuvatun lennokin kokeilu eri asennoissa ja paikoissa vahvistaa päätelmän, ettei kyseessä voi olla sähköstaattinen voima. Ilmapuhallus kun suuntautuu aina ohuesta paksumpaan elektrodiin päin, riippumatta ympäristön esineiden sijainnista tai etäisyydestä. Lisäksi sähköstaattisen voiman tapana ei yleensäkään ole puhallella ilmaa.
Koronapurkaus näyttää siis jostakin syystä synnyttävän ympäröivässä ilmassa liikkeen ohuesta paksuun elektrodiin päin. Fyysikko, tri Matti Pitkänen kommentoi ilmiötä: "Tämä olisi juuri koronatuuli. Se selitetään syntyväksi ionien ja neutraalien atomien vuorovaikutuksesta. Sellainen tietysti on olemassa, mutta onko se riittävän vahva? Sitä ei ehkä kukaan ole tullut tarkistaneeksi! Ehkä koronatuuleenkin liittyy skalaariaaltopulsseja."
Plasmafysiikan ehdottama koronatuuli selittää hyvin lennokin ritisevän koronan aiheuttaman ilmapuhalluksen. Koronatuulella voidaan varsin vakuuttavasti selittää lennokin toiminta väliaineessa, kuten ilmassa, mutta koronatuulta ei tietenkään voi esiintyä tyhjössä. Koronatuulta ja sen yhteyttä Biefeld-Brown -efektiin on seikkaperäisesti kuvannut ranskalainen Henri Bondar Corona Wind -sivuillaan.
Ionituulen voimakkuuden taas ovat tarkistaneet amerikkalaiset ARL:n tutkijat, ja laskeneet sen useita kertaluokkia liian heikoksi saadakseen ilmiön aikaan (Force on an Asymmetric Capacitor by Thomas B. Bahder and Chris Fazi, Army Research Laboratory, Maryland, Sept. 27, 2002). Biefeld-Brown -efektin syyn kirjoittajat yksinkertaisesti toteavat olevan tuntematon.
Ionien joukkoliikenne tökkii
Kirjoittaja syventyi miettimään lennokin koronan aiheuttamaa ilmapuhallusta, ja onnistui kuvaamaan sen itselleen seuraavalla koronatuuli-ajatuksen pohjalta tavalla: Koronalangan jännite ionisoi siihen huonoa tuuriaan törmäävät ilmamolekyylit, eli esimerkkimme lennokin tapauksessa plussaan kytketty lanka rohmuaa molekyyleiltä kaikki niistä irti lähtevät elektronit. Positiivisesti varautuneet ionit kammoksuvat samanmerkkisesti varautunutta koronalankaa sekä toisiaan, joten ne ponkaisevat sähköstaattisen voiman äkäisellä työnnöllä siitä ja toisistaan irti, tuupaten lähtiessään lankaa. Tästä rekyylipotkusta syntyy lennokin koronalankaa nostava voima, ja itse lennokkihan seuraa mukana, koska se sattuu olemaan liimattu lankaan kiinni.
Miksi sitten ionit potkaisevat koronalankaa tiettyyn suuntaan? Eikö niitä pitäisi lähteä tasaisesti ympäriinsä? Ei aivan tasaisesti, koska vauhdilla langan pinnalta pois ampaistessaan ionit suunnistavat sähköisinä otuksina tietenkin sähkökentän suuntaan, eli vastakkaisesti varautunutta elektrodia kohti, joka kutsuvana odottaa parin sentin päässä kiiltävään tinapaperiin käärityn olkipillin muodossa. Sitä kohti tungeksiessaan ionit tuuppivat ympärillä tungeksivia varauksettomia ilmamolekyylejä, joilla ei muutoin olisi minnekään kiire, mutta moinen härski ionien joukkorynnistys työntää ne väkisin mukaansa, kuten muutama jalkapallohuligaani koko katsomon. Tästä syntyy ilmapuhallus.
Terävä lukija voi tietenkin huomauttaa, että kummaltakin elektrodilta lähtee tietenkin yhtä paljon ioneja, joten eikö tuulen pitäisi puhaltaa samalla voimalla kumpaankin suuntaan, jolloin lennokki jäisikin paikoilleen istuvaksi ankaksi? Näin käykin, jos elektrodit ovat samanlaiset. Koska lennokin koronalanka kuitenkin on ohuempi kuin tinapaperipilli, ja saman sähkövirran on kuljettava molempien läpi muodostaen saman verran ioneja, niin koronalangan ympärille syntyy väkisinkin ionien tilanahtaus paksumpaan elektrodiin verrattuna.
Samanmerkkiset ionit hyljeksivät toisiaan sitä vihmerämmin, mitä tiiviimmin ne ovat pakkautuneet. Ohuen langan väentungoksesta ne lähtevät siis kuin ammuttuna, verrattuna tinapaperipillin avaralta pinnalta pomppaaviin ioneihin, jotka voivat aloittaa matkansa vastakkaista elektrodia kohden paljon hillitymmin ja arvokkaammin. Hitaammat ionit tempaavat mukaansa ilmaakin paljon rauhallisemmin, joten ohuesta langasta puhaltava tuuli peittoaa vastakkaissuuntaisen vaatimattoman leyhähdyksen.
Tavallisiin neutraaleihin ilmamolekyyliserkkuihinsa törmäävät vauhdikkaat ionit menettävät nopeuttaan, samalla kun ne työntävät ilman liikkeelle. Ne ionit, jotka ovat onnekkaasti päässeet eturivistä suoraan vastakkaista elektrodia kohden, saattavat törmätä täydellä vauhdilla vastaan tulevaan vastakkaismerkkiseen ioniin. Raju nokkakolari yhdistettynä elektronikuorman kaatumiseen ylikuormitetulta negatiiviselta ionilta puutetta kärsineelle positiiviselle ionille johtaa iloiseen leiskahdukseen, jotka joukolla tapahtuessaan erottuvat lennokin katselijalle violettina koronaverhona elektrodien välissä.
On myös mahdollista, että ionien sijasta yksittäinen kipinä muodostaa mikroskooppisen räjähdyksenomaisen ilman termisen plasmalaajenemisen johdosta ns. plasmoidin tai varausklusterin, joka on ikäänkuin pieni sähköisesti varautunut plasmakupla. Nämä voisivat syntyessään aiheuttaa langan silmin näkyvän, hieman epäsäännöllisen värähtelyn. Matti Pitkänen arvioi tällaisen kuplan olevan lifterin tapauksessa mikrometrin kokoluokkaa.
Sähkökenttähän on koronalangassa voimakkaimmillaan alapuolisen elektrodin suuntaan, joten tällaisen pienen termisen plasmaräjähdyskuplan voi kuvitella syntyvän pääasiassa vastakkaisen elektrodin puolella lankaa, ja siis rekyylillään tuuppaavan lankaelektrodia ylöspäin. Laite nousisi ympäryskaasussa siis ikäänkuin sähköisen räjähdyssarjan voimalla. Lennokin ritisevä suhinaääni voi syntyä näistä pienenpienistä termisesti laajenevista plasmakuplista. Varausklustereiden (Charge Clusters) käyttäytymistä on tutkinut mm. Ken Shoulders, jonka julkaisun "Charge Clusters In Action" eräitä kipinäkuvia lennokkimme koronaverho muistuttaa.
Näin siis näytelmän voi kuvitella tapahtuvan ilmassa. Tätä ilmiötä ei tietenkään voi tapahtua tyhjössä, koska siellä ei ole mitään atomeja tai molekyylejä ionisoitavaksi. Vai onko?
Entä tyhjössä?
Juuri kun alamme päästä ilmiöstä kärryille, löytyy uusia yllättäviä asioita. Ilmiön keksijä T. T. Brown kertoo kokeilleensa efektiä lähes täydellisessä tyhjössä Ranskassa (Soc. Nat. Construc. Aeronaut, Paris 1955-1956) metallilevystä tehdyllä lautasmaisella koekappaleella, joka vastaa hänen patenttiaan US3187206. Laite pystyi nostamaan 10 % painostaan tyhjössä 150 kV jännittettä käytettäessä. Kirjeessään saksalais-amerikkalaiselle rakettiteknikolle Rolf Schaffrankelle Brown kuvailee erään tyhjökokeen koejärjestelyt. Koska enempää ionituuli kuin koronatuulikaan ei tule tyhjössä kyseeseen, havainto on edelleen selittämätön. On tietenkin mahdollista, että ilmiö toimii tyhjössä täysin eri mekanismilla kuin kaasussa.
Kuva: Brownin omakätisestä piirroksesta hänen 1973 päivätystä kirjeestään Schaffrankelle ilmenee Pariisissa 1955 - 1956 suoritetun kokeen koejärjestely lautasmaisen koekappaleen nosteen mittaamiseksi tyhjössä. Myöhemmin Brown jatkoi kokeitaan Bahnsonin laboratoriossa Winston-Salemissa 1960-luvulle saakka.
Nuoren Brownin opettajana 1920-luvulla toimineen Denisonin yliopiston professorin, tri Paul Biefeldin mainitaan olleen Albert Einsteinin opiskelutoveri Zürichin ETH:n ajoilta, ja Biefeld tietenkin esitteli Einsteinin ajatuksia oppilaalleen. Brownin suorittaessa opettajansa tuella ensimmäisiä kokeitaan, yleinen suhteellisuusteoria ja gravitaation sekä sähkömagnetismin yhteyden etsiminen oli ajan kuuma aihe. Erääksi hypoteesiksi Brownin havaintojen selittämiseksi otettiin elektrogravitaatio, eli sähkövarauksen ja gravitaation yhteys. Brownin ensimmäisen patentin GB300311 mukaista keksintöä kutsuttiinkin rohkeasti nimellä "gravitaattori".
Elektrogravitaatio tietenkin selittäisi Brownin myöhemmät havainnot efektin toiminnasta tyhjössä, mutta ajatusta ei pystytty osoittamaan paikkansapitäväksi. Yhtään paremmin ei käynyt Einsteinin yhtenäisvoimateoriallekaan. Nykypäivän akateemisessa tiedemaailmassa sana "elektrogravitaatio" on edelleen kuuma peruna, ja sen mainitsemista keskusteluissa tai kirjoituksissa kaihdetaan kaikin keinoin ristiriitojen välttämiseksi.
Vasemmanpuoleisessa kuvassa T. T. Brown pitelee 90 -senttistä lautasen muotoista elektrodia Bahnsonin laboratoriossa vuonna 1958. Oikealla ylhäällä on kuvattu riippumassa lautasmainen koekappale, joka muistuttaa George Adamskin jo aikaisemmin kokeilemaa laitetta. Sama laite on alakuvassa kumollaan, jolloin sen pohjassa näkyvät pallomaiset ohjauselektrodit. Kiekon terävä helma vastaa toiminnaltaan esimerkkilennokkimme ohutta koronalankaa ja pallomaiset elektrodit lennokin tinapaperipilliä eli paksua elektrodia. Brownin kokeet lautas- ja palloelektrodiyhdistelmällä johtivat mm. ohjausjärjestelmän kehittämiseen, jossa pallojen jännitettä säätämällä voitiin ohjata niiden ja lautasen reunan välisen koronatuulen suuntaa puoleen tai toiseen, ja näin ohjailla itse laitetta. Järjestelmä on kuvattu hänen patentissaan US2958790. Patentin kuvaus löytyy myös erilliseltä nettisivulta. Valokuvat Brownin albumista.
Ionimoottori avaruudessa
Nyt jo klassisessa ionimoottoripatentissaan US3022430 "Electrokinetic Generator" T. T. Brown kuvailee reaktiomoottoria, jonka kaasusuihku varataan sähköisesti. Kun moottorin suihkuun pumpataan suurjännitegeneraattorilla elektroneja, jännite lentolaitteen, kuten lentokoneen tai raketin, ja sen taakse jäävän kaasusuihkun välillä kasvaa patentin mukaan megavolttien luokkaan, kunnes saavutetaan tasapaino, jossa kaasusuihkusta lentolaitteeseen palautuu yhtä paljon varauksia kun siihen pumpataan.
Suihkun jättämän negatiivisesti varatun kaasupilven ja positiivisena elektrodina toimivan raketin ympärille on nyt muodostunut sähkökenttä, josta kulkee ioneina yhtä paljon sähköisiä varauksia ympäristön kautta takaisin rakettiin kuin raketista pumpataan reaktiomoottorin suihkuun. Brownin patentin mukaan tämä ilmiö pyrkii työntämään ympäröivää dielektristä ainetta, kuten ilmaa, taaksepäin, ja aiheuttaa lentolaitetta eteenpäin työntävän reaktiovoiman. Pienenä elektrodina toimii raketin runko ja suurena elektrodina moottorin taakseen jättämä varattu ionipilvi. Hieman samaan tapaanhan alkeellinen sähkölennokkimmekin toimii, kaasupilven tilalla siinä vain on tinapaperilla päällystetty olkipilli.
"Suihkun suuren koon ja erittäin korkean jännitteen ansiosta työntövoimasta saadaan hyvin suuri", patenttiteksti kertoo. "Ilman jännitettä pelkkä reaktiomoottorin suihkun työntövoima olisi pieni verrattuna saavutettuun elektrokineettiseen työntövoimaan." Toisin sanoen, jos sähkötehoa on käytettävissä, Brownin ionimoottorilla voidaan säästää polttoainetta ja näin mukana kuljetettavaa massaa. Tätä tietenkin voidaan käyttää toiminta-ajan pidentämiseen ja lentoonlähtöpainon vähentämiseen.
Entä toimiiko ionimoottori sitten tyhjössä? Ainakin joitakin versioita on kokeiltu. Tähdet ja Avaruus -lehti 6/1998 kertoo: "Ensimmäinen ionimoottoria käyttävä avaruusluotain Deep Space 1 laukaistiin Floridasta avaruuteen lokakuun 24. päivänä. Kyseessä on myös ensimmäinen luotain Nasan New Millennium -ohjelmassa, jonka tarkoituksena on kokeilla ja soveltaa uusia tekniikoita avaruustutkimuksessa." Tämän moottorin toimintatavasta ei kirjoittaja kuitenkaan ole löytänyt seikkaperäistä selostusta, joten sen sukulaisuus Brownin ionimoottoriin on vielä epäselvä. Eräs Brownin ionimoottorin ionimoottorin parannettu versio on esitetty myös ranskalaisen M. James Bassetin patentissa FR1003484.
Sähkötekniikan ja fysiikan oppikirjat vaikenevat Biefeldin ja Brownin ilmiöstä. Ihmisen kehittämät teoreettiset mallit ovat puutteellisia, mutta alkeellinen sähkölennokkimme lentää silti. Luonto toimii omilla ehdoillaan, teorioista välittämättä.
Nettisivuja:
Thomas Townsend Brown website: http://www.soteria.com/brown
Photos from Brown's album: http://www.soteria.com/brown/pictures/
J. L. Naudin's lifter page: http://jnaudin.free.fr/html/lifters.htm
Lifter replications around the world: http://jnaudin.free.fr/html/lfreplog.htm
Force on an Asymmetric Capacitor by Thomas B. Bahder and Chris Fazi: http://arxiv.org/ftp/physics/papers/0211/0211001.pdf
Henri Bondar's Corona Wind pages: http://membres.lycos.fr/plasmapropulsion/
Brown's Adamski type experimental device: http://homepage.ntlworld.com/ufophysics/bahnsonufo.htm
Matti Pitkänen's TGD theory: http://www.physics.helsinki.fi/~matpitka/
Charge Clusters In Action by Ken Shoulders: http://www.earthtech.org/ev/ccaction.pdf
Vesa's Lifter: http://koti.welho.com/vkorhon7/leijukki.html
Electrogravity Links: http://energy.innoplaza.net
Patent search Espacenet: http://fi.espacenet.com
Kokeilijan plasmapurkki: http://plasma.purkki.innoplaza.net
Eipä olisi uskonut...
Kirjoittaja herkesi uskomaan laitteen toimivan, vasta kun itse sitä kokeili. Sähkölennokkikoe tehtiin porukassa, ja suoritimme sen toisena Itä-Suomessa rohkaistuneena Markun Joensuusta näyttämästä esimerkistä. Kuvassa Jukka pitelee olkilifteriä onnistuneen ensilentomme jälkeen.
Warning! Do not try to do this experiment without experience of high voltage or without proper safety measures! These experiments are published for information and education purposes only.
