Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2008 № 04
Теперь, глядя на формулу, мы можем подумать о техническом применении эффекта. Если выполнить конденсатор из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2,5 мм, то при приложении к нему напряжения 40 кВ он нам даст силу в 2,63 г/м2. Много это или мало? Смотря для чего.
Например, для разгона космических аппаратов считается вполне допустимым солнечный парус. Это легчайшее зеркало, на которое солнечный свет давит с силой 0,001 г/м2. Так не лучше ли здесь применить силу Брауна, которая в 2630 раз больше?!
И все же эта сила пока у нас слишком мала. Как увеличить ее? Можно увеличить площадь одиночной пластины конденсатора, но это плохой путь. Ведь она должна оставаться плоской. (Если мы выполним конденсатор в форме рулона или цилиндра, как это часто делается, то силы Брауна, хоть и возникнут в каждой точке цилиндра или рулона, будут направлены навстречу друг другу и взаимно уравновесятся.)
Следующий шаг к повышению силы — этр увеличение напряжения U. Оно ограничено прежде всего опасностью электрического пробоя диэлектрика. Но можно увеличить толщину диэлектрика и тем самым пробоя избежать. При этом емкость конденсатора уменьшится, а сила Брауна останется неизменна; от расстояния между пластинами она не зависит.
Быть может, для космических целей эта сила и пригодна, а для земных слишком мала? Но и здесь все относительно.
Действительно, 1 м2 листа стеклотекстолита весит 3 кг, что в 1100 раз больше, чем сила, создаваемая сделанным из него конденсатором. Но не все потеряно!
Посмотрим на расчетную формулу еще раз. Обратите внимание на «е» — относительную проницаемость диэлектрика конденсатора. Обычно, когда делают конденсатор для хранения электрических зарядов, ее стараются выбрать побольше, емкость от этого возрастет.
Но в нашем случае все наоборот. Диэлектрическая проницаемость стоит в знаменателе. И это не удивительно: физический смысл этой величины — ослабление диэлектриком напряженности поля между пластинами. Поэтому для увеличения силы Брауна необходимо заполнять промежуток между обкладками конденсатора веществом с минимальным значением «е», например, пенопластом или воздухом, у которых она близка к единице. Уже одно это увеличит силу Брауна до 14 г. А вес конденсатора уменьшится в сотни раз. Если в качестве пластин использовать алюминиевую фольгу (вес 27 г/м2) и очень легкий сотовый заполнитель (вес 300 г/м2) в качестве диэлектрика, то сила Брауна будет всего лишь в 25 раз меньше его веса.
Так мы приближаемся к возможности создания… летающего конденсатора. Его можно получить, например, выполнив диэлектрик в виде легкой пространственной фермы, вантовой или надувной конструкции.
Браун пытался создать движитель из целого пакета, состоящего из множества металлических пластин со слоями диэлектрика. Пластины присоединялись к источнику напряжения и попарно соединялись впараллель. Ожидалось, что получится силовой конденсатор, создающий высокую силу тяги при малом напряжении. Но в каждой паре пластин диэлектрика силы действовали в противоположном направлении и взаимно уничтожались.
Положение можно исправить, чередуя виды диэлектрика. Например, каждый четный слой должен иметь минимальную «е», а нечетный — максимальную. Так что учитель Ивана Болотова прав. Если странный летающий объект (СЛО) рассматривать как замкнутую систему, в которой действуют только электростатические силы и реакции связей, то система действительно летать не может. Но она летает, и не только в лаборатории М.М. Лавриненко, а еще у любителей из 56 стран.
Это говорит не о том, что в ней нарушаются законы природы, а лишь о том, что СЛО не является замкнутой системой.
Ну а что касается конструкции, которая не поднялась в воздух у Ивана в его первом опыте с СЛО, то о том, как добиться успеха, подробно расскажет М.М. Лавриненко в одном из последующих номеров журнала.
А. ИЛЬИН
Рисунки автора
Подробности для любознательных
ОПИСАНИЕ ОПЫТА В.П. ДЕЛЯМУРЕ
На кронштейне 1 из полистирола, укрепленном на стойке штатива медным проводом d = 0,09 мм и длиной 140 мм, подвешен чувствительный элемент 2. Он представляет собой два конденсатора, которые в заряженном состоянии создают вращающий момент. Они получены путем травления на двух сторонах пластины фольгированного текстолита.
К электродам конденсаторов припаяно две скобы 3 и 4. К верхней скобе припаян медный провод подвески. К нижней скобе — электрод из нержавеющей стали 5. Этот электрод опущен в сосуд с концентрированным раствором хлористого натрия 6.
Через провод подвески и верхнюю скобу пластины конденсатора подается положительное напряжение около 20 кВ от источника постоянного тока 7. Через раствор хлористого натрия, электрод и нижнюю скобу подается отрицательное напряжение. Сразу после подачи напряжения конденсаторы поворачиваются на угол 50–55°, затем переходят в режим затухающих колебаний (напряжение при этом не снимается). Установившееся значение углового отклонения от начального положения составляет 20°. Так мы получаем явно выраженный эффект Брауна.
Для замера углов на штативе укреплена плата, к которой приклеена картушка — картонное кольцо с градусной шкалой, его можно получить на компьютере либо заменить круговой шкалой универсального транспортира.
Опыт В.П. Делямуре
Схема металлизации чувствительного элемента. На каждой стороне пластины оставлены участки, покрытые медью, служащие обкладками конденсаторов и их проводниками. Излишки медного покрытии могут быть удалены по любой технологии, применяемой при изготовлении печатных плат.
СДЕЛАЙ ДЛЯ МЛАДШЕГО
Проще не бывает
Подковообразный магнит, моток проволоки, вязальная спица и полоска тонкой листовой жести — вот и все, что нужно для изготовления простого, но очень сильного электромотора.
Обычно ротор электромотора имеет сердечник, состоящий из множества сложных по форме пластин электротехнической стали. У нашего мотора ротор вообще сердечника не имеет. Этим и обусловлена его простота.
Вот устройство мотора.
На валу укреплена кольцевая катушка, а рядом с ней коллектор. Они и образуют ротор электродвигателя. Его конструкция ничем, кроме числа витков, не отличается от нарисованной в учебнике «рамки с током в магнитном поле» — прообраза любого электродвигателя. Электрический ток подводится к ротору через щетки.
Обычно их делают из специальной угольно-графитовой массы. У нас же их роль выполнят два упругих жестяных контакта.
Вал ротора закреплен на стойках. Чтобы он не скользил, возле стоек припаяны два колечка из медной проволоки. Стойки привинчены к доске, а на ней в специальном гнезде стоит подковообразный магнит (его можно купить в магазине наглядных пособий или попросить в физическом кабинете).
Делать мотор начните с изготовления катушки. Подберите круглый предмет, диаметр которого на 5 — 10 мм меньше, чем внутренняя полость магнита. Положите на него четыре отрезка прочных ниток и намотайте поверх них внавал 30–40 витков изолированного провода диаметром 0,3–0,5 мм так, чтобы получилась катушка толщиной около 10 мм. Затем завяжите нитки и снимите катушку. Далее ее нужно симметрично, точно по диаметру, и аккуратно, чтобы не повредить изоляцию витков, насадить на вязальную спицу диаметром 2–3 мм. Катушка под действием магнитных сил будет вращаться и должна будет вращение передать на вал. В местах, где сквозь нее проходит вал, туго, крест-накрест завяжите нитки. Для прочности эти места, да и все витки катушки пропитайте нитролаком или клеем для мебели и просушите.
Самое сложное — коллектор. Намотайте на вал несколько полосок писчей бумаги с клеем шириною 15–20 мм и диаметром намотки около 10 мм. У вас получится втулка коллектора.
Материал втулки должен выдерживать температуру пайки. Клей ПВА, мебельный и «Момент» не выдержат нагрева. Хороша во всех отношениях эпоксидная смола, но она требует большого опыта, а после работы с ней придется долго отмывать руки. Самое лучшее в данном случае — это клейстер. Разведите чайную ложку муки в половине стакана воды, поставьте стакан в кастрюлю с горячей водой и помешивайте до получения похожей на кисель массы. Клей готов. Им нужно выклеить втулку коллектора, а затем сутки ее просушить.
Магнит и моток проволоки — вот весь мотор.
Коллекторные пластины желательно сделать из тонкого листового металла — меди или латуни. Их нужно выгнуть на хвостовике сверла диаметром 8 — 10 мм, а затем укрепить на втулке коллектора при помощи ниток и клея типа «Момент» или «БФ». После этого можно припаять к ним провода катушки. Для получения максимального крутящего момента двигателя важно сориентировать пластины коллектора относительно плоскости катушки, как это показано на рисунке.
