<< Innoplaza   << Plasmakokeita   Energialinkit >>  In English >>

Aloitettu 05.12.2002, päivitetty 04.01.2007

Toimii, vaikka ei pitäisi:

Himmeli lentää sähköllä

Teksti ja kuvat: J. Hartikka


Biefeldin ja Brownin ilmiö on eräs vähän tunnettu tapa lentää sähköisesti. Ilmiön olemassaoloa epäiltiin, koska oppikirjat eivät sitä mainitse. Siitä huolimatta efektiä kokeiltiin. Paikallaolijoiden hämmästykseksi pieni lentolaitteemme ponnahti ripeästi ilmaan. Lennokin ympärille syntyi sähköisen koronapurkauksen voimasta hiljaisen suhinaäänen säestyksellä pieni, pimeässä näkyvä haloilmiö. Ilmiön sivuvaikutuksina havaittiin radiosta kuuluva voimakas kohina, otsoninhaju, sekä taipumus varata lähiympäristön esineitä staattisella sähköllä.

Oljet ja tinapaperi mielletään joulukoristeisiin. Näitä aineksia on käytetty tähän lentävään himmeliin, joka nousee ilmaan pelkällä suurjännitteisellä sähköllä ja ilman liikkuvia osia. Lisäksi se tuikkii kuin pieni joulutähtönen. Ihmeellistä laitteessa on, ettei vieläkään olla yksimielisiä, miksi se lentää. Ilmiö näyttää itsepintaisesti kiertävän sähkötekniikan ja fysiikan totuttuja standardiselityksiä.

Koe perustuu Biefeld-Brown -efektiin ja sen keksijän Thomas Townsend Brownin jo 1960-luvulla patentoimaan (US3018394) laitteeseen, jonka harrastajat ja kokeilijat ovat nyt vuosikymmenten jälkeen löytäneet uudelleen. Laitetta on tehnyt J. L. Naudin tunnetuksi kotisivuillaan nimellä 'Lifter' ja harrastajat ympäri maailmaa ovat saaneet laitteen eri versioita nousemaan ilmaan, myös täällä Suomessa.

Kuva: Biefeld-Brown -ilmiön kokeilua varten koottiin sähkölennokki vaatimattomasti askarteluoljista, tinapaperiteipistä ja kuparilangasta.

Miten tämänkin selittäisi..?

Ilmiön selitykseksi on tarjottu kaikenlaista, mutta toiminnan varsinainen syy on edelleen hämärä. Välittämättä ontuvista teorioista, laite kuitenkin puhaltaa ilmaa alleen ilman liikkuvia osia ja nousee lentoon. Brownin mukaan efekti toimii kaasun lisäksi myös dielektrisissä nesteissä, kuten öljyssä. Naudin on todentanut väitteen, hänen sivuiltaan löytyy aiheesta koeselostus.

Kuvan lennokkimme on tehty liimaamalla oljista. Kolmionmuotoinen olkikehä on päällystetty alumiinifolioteipillä, jonka helmat roikkuvat muutaman millin alaspäin. Olkielektrodin yläpuolelle on pingotettu ohut, halkaisijaltaan 0,06 mm kuparilanka samaan muotoon ns. koronalangaksi.

Jännite kytketään koronalangan ja alumiinifolion väliin samanlaisilla ohuilla kuparilangoilla. Lennokki ankkuroidaan nurkistaan pöytään teipatuilla ompelulangoilla, etteivät sen äkkinäiset liikkeet tuota sähköisiä yllätyksiä lennättäjille.

Kuva: Koejärjestely. Vasemmalla edessä suurjännitelähde, takana jännitemittari ja pöydällä virtamittari. Säädettävä +3 - 30 kV jännite on vedetty suurjännitemittapään ja pöytälamppuun ripustetun hauenleukajohdon kautta lennokin koronalankaan johtavaan ohueen käämiin. Nolla on kytketty tinapaperipäällysteiseen alempaan elektrodiin. Harrastajat käyttävät kokeiluissaan pienitehoista suurjännitevirtalähdettä, jonka antama vain muutaman milliampeerin virta ei riitä aiheuttamaan hengenlähtöä. Varomaton harrastaja voi saada laitteestaan sormilleen kissan nenästä lähtevää tuntuvasti nasevamman kipinän, jota voi hyvinkin kuvailla kirveleväksi, mutta sätkyn aiheuttamat pitempiaikaiset kärsimykset ovat lähinnä henkistä lajia. Jännitelähdettä on mahdollista käyttää paristoilla.

Lentoonlähtö:

Kuvasarja: Lentoonlähdön vaiheet. Lennokki valmiina lentoon pöydällä - tempoileva nousu - vakaantuminen ankkurilankojen päähän pöydän yläpuolelle.

Jännitettä nostettaessa lennokin alla olevan virtamittarin osoitin heilahtaa kun koronan syttymisen kynnysjännite eli tässä käytetyllä 25 mm elektrodivälillä noin 10 kV saavutetaan. Kipinäpurkausten ritinä kuuluu tässä vaiheessa suhteellisen harvakseltaan.   Edelleen jännitettä nostettaessa lennokki huojahtelee ja nousee sitten vaappuen ja edestakaisin tempoen kuin karannut ilmapallo lentoon. Mittari näyttää lentoonlähdössä 0,13 mA virtaa ja noin 13 - 17 kV jännitettä.

Kun jännitettä edelleen nostetaan 20 kV tuntumaan, kipinöiden ritinä-ääni taajenee ja lennokki vakaantuu paikoilleen ankkurilankojensa päähän. Ilmaan pääseminen onnistui olkilennokillamme parhaimmillaan alle kolmen watin teholla, eli lentämisemme energiankulutus on taskulamppuluokassa.

Kuva: Jännitemittarin näyttö 30 kV alueella.

Lennokin koronalanka värähtelee juuri havaittavasti ja näyttää hieman kaareutuvan ylöspäin samalla kun ilma alkaa kulkea alaspäin. Langan kaareutuminen on kuitenkin ensituntumalta pientä verrattuna ilmavirran voimakkuuteen, joten on vaikea sanoa kohdistuuko lennokkia nostava ilmapuhalluksen vastavoima yksistään koronalankaan.

Kuva: Lennokkimme pysyy ilmassa parhaimmillaan noin 0,13 mA virralla ja n. 17 kV jännitteellä, mikä antaa sen tehonkulutukseksi 2,24 W. Tämä taas merkitsee, että yhden gramman leijuttamiseen tarvittaisiin tehoa noin 2,5 W. Jos lennokkimme suurennettaisiin mittakaavassa kilon painoiseksi, sen leijutukseen voisimme arvioida tarvittavan tehoa 2,5 kW. Vastaavasti tonnin painoinen härveli tarvitsisi peräti 2500 kW ilmassa pysyäkseen. Hyötysuhde ei siis ole nyrkkituntumalta kovin hääppöinen, mikä on tosin laitettava ainakin osaksi lennokkimme primitiivisen rakenteella syyksi. T. T. Brownin optimoi laitteidensa tehoa, rakennetta ja ohjattavuutta 1960-luvulla mm. patentissaan US2958790.

Lennokin alla tuntuu selvästi ilmapuhallus, joka ei itsessään vaikuta erikoisemmin sähköisesti varautuneelta, mutta muutaman sentin päähän lennokin jännitejohdosta irralleen jätetty putkivolttimittarin mittapää aiheutti jännitemittariin hiljalleen nousevan näytön. Koronailmiö näyttää siis ionisoivan myös ympäröivää ilmaa. Nämä ionit kuljettavat verkalleen varauksia lähiympäristön esineisiin, kuten tässä kokeessa jännitemittariin. Tämä hajaionisaatio on kuitenkin vain sivuvaikutus, joka ei näytä liittyvän itse ilmapuhallukseen ja lennokin ilmaannousuun.

Ilmapuhallus suuntautuu ohuesta koronalangasta paksumpaan olki-tinapaperipilliin päin. Lennokki nousee samalla tavoin myös jännitteen napaisuutta vaihdettaessa. Biefeld-Brown -efektin suunta näyttää siis riippuvan elektrodien paksuuserosta eikä jännitteen suunnasta. Saman tuloksen antoi kirjoittajan aikaisempi koe paksulla putkielektrodilla ja ohuella koronalangalla, jolla syntyi riittävän voimakas ilmavirta kynttilänliekin puhaltamiseksi sammuksiin.

Kuva: Lentolaite puntarissa. Paino 0,854 ilman ankkurilankoja.

Olkirakenne on keveydessään onnistunut, tarkkuusvaaka näytti lennokin omapainoksi vain 0,854 grammaa. Oljet liimattiin yhteen mahdollisimman pienillä liimatipoilla painon säästämiseksi. Alumiinifoliot on yhdistetty kapeilla foliosuikaleilla yhdeksi elektrodiksi.

Korona hohtaa pimeässä:

Kuvapari: Ilmassa leijuva olkilifteri ensin valossa, sitten pimeässä. Heikko, ilmeisestikin plasmaksi hajoavien ilmamolekyylien aiheuttama koronaverho näkyy silmin katsottuna selvästi koronalangan ja alumiinifolion välisine terävine poikittaisine kipinäjuovineen.

Digikameran herkkyys riitti vain kalpeasti häämöttävän koronan kuvaamiseen (kuva ylhäällä oikealla), mutta filmikameran pitkällä 30 sekunnin valotusajalla koronaverhon hienosäikeinen verhomainen rakenne elektrodilankojen välissä tuli selvästi näkyviin aina syöttöjohtojen pieniä sivupurkauksia myöten (yksityiskohtakuva alla). Purkausten suunta näyttää noudattavan sähkökentän (gradientin?) suuntaa. Kuvassa lennokin pystytolppaa pitkin kiipeävä purkaus lähtee katkenneen syöttöjohdon tyngästä, itse syöttöjohto (n. + 20 kV) on myöhemmin solmittu uudelleen suoraan yläelektrodiin josta se lähtee kuvassa ylöspäin. Toinen syöttöjohto (0 V) lähtee alaelektrodin kulmasta vasemmalle.

Kolmiomaisten elektrodien väliin syntyy pimeässä violettina hohtava revontulimainen koronaverho, jossa suurjännitteisen sähkövirran tihentymät loistavat kirkkaampina plasmapisteinä. Lennokki toimii parhaiten, kun koronaverho on mahdollisimman tasainen. Kuvan koronakuviossa lennokin oikea takakulma on pimeä, eli lakkaeristeisestä 0,06 mm kuparikäämistä tehty koronalanka tarvinnee näiltä kohdin perusteellisemman eristeenpoiston.

Kipinöinä leiskahtavat läpilyönnit pudottavat nostetta, ja läpilyöntikohdat kuten kolmion kulmat pyritään välttämään jättämällä ne ilman tinapaperia. Tasaisesti loistava korona nostaa hyvin. Koronapurkaus puhaltaa ilmaa ohuesta paksuun elektrodiin päin, ja noste on selitettävissä tämän puhalluksen reaktiovoimana.

Korona koostuu nopeista yksittäisistä sähköpurkauksista, jotka yhdessä aikaansaavat selvästi kuuluvan rätisevän tai suhisevan äänen. Jännitettä nostettaessa purkaustaajuus kasvaa, samoin suhinan äänenkorkeus. Pimeässä näkyvä koronaverho syntynee nopeasti peräkkäin tapahtuvista yksittäisistä kipinäpurkauksista, joskin tämän oletuksen varmentamiseen tarvittaisiin suurnopeuskamera tai muuta vaikeasti saatavaa laitteistoa.

Jokainen yksittäinen kipinä ilmeisesti oikosulkee elektrodien välisen sähkökentän tai ainakin pudottaa hetkellisesti sen potentiaalia. Oskilloskoopilla katsottaessa koronajännitteessä näkyy teräviä alaspäin suuntautuvia, useiden satojen volttien suuruisia piikkejä. Ruudulla näkyvä piikki muodostuu suurjännitelähteen sisäisen suodatuskondensaattorin purkautuessa koronakipinänä.

Jokainen purkauspiikki aiheuttaa elektrodien välisen sähkökentän äkillisen muutoksen, jollaista nykyisin kutsutaan sähkökentän skalaaripulssiksi. Sähkökentän äkillinen muutos on havaittavissa ympäristössä. Sähkökenttäpulssin säteilytavan ympäristöön oletetaan muistuttavan pitkittäistä aaltoliikettä, ja sitä kutsutaan skalaariaalloksi, joskus myös Tesla-aalloksi. Prof. Konstantin Meyl on johtanut skalaariaallot Maxwellin yhtälöistä. Skalaariaaltoja tai niiden interferenssiä on joskus epäilty syyksi joihinkin erikoisiin ilmiöihin, mutta niiden yhteys Biefeld-Brown -efektiin on jäänyt arvailujen varaan.

Ilman läpi kulkiessaan purkauksen repivät molekyylisidoksia auki, ja uudelleen yhdistyessään atomit eivät aina löydä entistä pariaan. Tämän kokeilija havaitsee voimakkaana kirpeänä otsonin ja/tai typpioksidin hajuna laitteen ympäristössä. Kumpikaan ei ole pitemmän päälle terveellistä hengittää, joten ilmanvaihdosta on sähköisiä koronakokeita tehtäessä syytä huolehtia.

Kipinälennättimenäkin wehje toimii. Purkauspiikkien radiosäteily ulottuu kohinana ainakin yli 145 MHz, koska kyseisen alueen amatöörivastaanotin kohisi voimakkaasti taustalla lifterimme kipinäpurkauksen äänenkorkeutta seuraten.

Toimii ilmassa

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.

Olkilifterin koronaverho kirjoittajan 24.6.2004 filmikameralla tallentamana, 30 sekunnin valotusajalla ja 1,7 valovoimalla tavalliselle 200 ASA värinegatiivifilmille. Koska lentäessään lifteri liikahteli jatkuvasti langoissaan tuottaen epätarkan kuvan pitkällä valotusajalla, niin tämän kuvan ottoa varten lennokki teipattiin kiinteästi työpöydän pintaan kiinni.

Kuva kertoo, että koronapurkaukset pyrkivät mieluiten alkamaan mieluiten niistä elektrodien epätasaisuuksista tai kärjistä, joissa on paikallinen sähkökentän huippu, mutta että purkaus ilmeisesti myös välttää lyömästä kahta kertaa peräkkäin samasta kohdasta, vaihtaen paikkaa ja näin hajautuen peräkkäisten purkausten muodostamaksi verhoksi. Silmin katseltuna koronaverho on vielä tässä valokuvassa näkyvääkin hienosäikeisempi.

Puhalluksen suunta

Kirjoittaja älysi todennäköisen perussyyn lifterin ilmaliikkeen suunnalle vasta pitkän tuumailun jälkeen. Oivallus tapahtui ilmeisesti näin hitaasti koska syy on niin yksinkertainen. Koronapurkaus alkaa tietenkin voimakkaimman sähkökentän puoleisesta elektrodista! Vai olisiko oikeammin sanoa, että siitä elektrodista, jonka ympärillä on suurempi sähkökentän gradientti? Pienemmästä tai terävämmästä elektrodistä tiheänä alkava sähkökenttä hajaantuu leveämmän elektrodin suuntaan. 

Koska voimakkain kenttä on ohuemman elektrodin pinnassa, niin luonnollisesti ilman läpilyöntipotentiaali ylittyy siinä ensimmäiseksi. Purkaus jatkaa ilman läpi sähkökentän suuntaan leveämpää elektrodia päin, mahdollisesti joko plasmoidin, tai vaihtoehtoisesti sähköisesti virittyneiden molekyylien ketjureaktiona laukeavien varausten, eräänlaisen sähköisen shokkiaallon muodossa, joka eksotermisenä aiheuttaa myös ilman laajenemisen ja samalla työntää ilmaa edellään. 

Siksi siis napaisuus ei vaikuta ilman liikkeen suuntaan, vaan pelkkä elektrodien geometria! Purkaus alkaa voimakkaimmasta kentästä ja etenee harvemman kentän suuntaan, tönien ilmamolekyylejä mennessään. Purkauksen nopeutta on vaikea arvioida ja se voi jopa vaihdella sähkökentän voimakkuuden mukaan, mutta esimerkiksi ukonilman purkauksista puhuttaessa mainitaan luokkaa 100 km/s salaman purkausnopeuksia.

Ilmamolekyylit huomio, kolmiriviin järjesty!

Koronassa ainakin lifterin tapauksessa esiintyy nopeasti peräkkäin tapahtuvia purkauksia, jotka ilmeisesti hakevat aina uuden purkauskanavan, välttäen lyömästä kahta kertaa peräkkäin samasta kohdasta. hieman kuin Jaakobin tikapuut-kokeessa. Lifterinkin yksittäiset koronapurkaukset saattaisivat osoittautua kiertävän ympäriinsä pitkin elektrodikolmion kehää, jos pystyisimme näkemään voimakkaasti hidastettuna näin nopean ilmiön.

Myös plasmapullokokeissa matalapaineessa kirkkain purkaus syntyy aina sen elektrodin siihen kärkeen, jossa sähkökenttä on voimakkain, tai pitäisikö ajatella että virtatiheys suurin? Myös varausten kiihdytyspotentiaalin voi ajatella olevan siinä voimakkaimman. Purkaus hajaantuu laajemman elektrodin puolella tai jopa häviää näkyvistä, jos elektrodi on tarpeeksi iso. Virtatiheyden tai kiihdytyspotentiaalin pudotessa tietyn rajan alle kaasu lakkaa hohtamasta, vaikka pieni virta vielä kulkeekin sen läpi.

Tästä voisi varovasti päätellä, että purkauksen liikenopeus mahdollisesti pienenee leveämmän elektrodin lähistöllä. Tämä taas tarkoittaisi edelleen sitä, että jos oletamme purkauksen lähtevän liikkeelle terävän elektrodin päästä, niin purkaus kiihtyy näköjään välittömästi maksiminopeuteensa. Jotta näin hurja kiihtyvyys on mahdollista, olisi helpoin ajatella purkauksen muodostuvan joko jokseenkin massattomista varauksista, tai sitten räjähdysshokkiaallon tapaisesta ketjureaktiosta sähköisesti varautuneen väliaineen luovuttaessa energiaansa shokkirintamana, joka etenee rintaman vaihenopeutena, eikä siis todellisena massan (elektronin, ionin tai plasmonin) nopeutena.

Lifteri tarvitsi koetta aloitettaessa koronan käynnistymiseen muutaman sekunnin 'alkulämmittelyn', kunnes korona alkoi suhista tasaisesti. Olen mielessäni tulkinnut tämän ilman tasaisen ionisoitumisen eli virtakentän muodostumiseen tarvittavaksi ajaksi. Sen voisi myös selittää niin, että tässä ajassa ilmamolekyylit varautuvat, orientoituvat tai polarisoituvat 'kylmästä' sekavasta lepotilastaan tasaisesti elektrodien sähkökentän mukaisesti, ikäänkuin 'ojennus' -käskystä.

Näin siis näytelmän voi kuvitella tapahtuvan ilmassa. Tätä ilmiötä ei tietenkään voi tapahtua tyhjössä, koska siellä ei voi olla mitään atomeja tai molekyylejä vastaavaa ionisoitavaksi. Vai voiko?

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.

Eipä olisi uskonut...

Sähkölennokkikoe tehtiin porukassa, ja suoritimme sen toisena Itä-Suomessa rohkaistuneena Markun Joensuusta näyttämästä esimerkistä. Kuvassa Jukka pitelee olkilifteriä onnistuneen ensilentomme jälkeen.

Varoitus! Älä yritä tehdä näitä kokeita, jollei sinulla ei ole tietoa ja kokemusta suurjännitteestä! Kokeet on esitetty vain opetus- ja informaatiotarkoituksessa, ei toistettaviksi.

päivitetty 04.01.2007

December 31, 2006
Subject : Lifterisivusta

Hei,

Sinänsä mielenkiintoisessa ja hyvin kirjoitetussa artikkelissasi "Himmeli lentää sähköllä" [1] annetaan vahvasti se vaikutelma, että ilmiötä ei nykyisillä teorioilla kyetä selittämään. Itse en aihealuetta mitenkään tunne, mutta esim. Wikipedian artikkeli [2] on kovasti eri mieltä, ja sieltä löytyy jopa linkki kokeeseen [3], jossa nostetta ei kyetä havaitsemaan tyhjiössä. Ehkä näistä tuloksista olisi syytä mainita myös?

Hyvää uutta vuotta,
-- Vili

[1] http://guns.connect.fi/innoplaza/energy/plasma/lifter/lennokki.html  
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Biefeld-Brown_effect  
[3] http://blazelabs.com/l-vacuum.asp  



Hei Vili,

Kiitos palautteesta, sitä ei ole juuri muilta tullutkaan lifteriartikkelistani sivulla http://plasma.lennokki.innoplaza.net ! Tässä kommenttejani:

http://plasma.lennokki.innoplaza.net

<< Innoplaza   << Plasmakokeita   Energialinkit >>  In English >>