Электростатическая левитация
Электростатическая левитация — это процесс использования электрического поля для левитации объекта заряженного и противодействия воздействию гравитации . Он использовался, например, в эксперименте Роберта Милликена с каплей масла и используется для подвешивания гироскопов гравитационного зонда B во время запуска.
Согласно теореме Эрншоу , никакое статическое расположение классических электростатических полей не может использоваться для стабильной левитации точечного заряда. Существует точка равновесия, в которой два поля компенсируются, но это неустойчивое равновесие . Используя методы обратной связи , можно регулировать заряды для достижения квазистатической левитации.
Теорема Эрншоу
[ редактировать ]Идея нестабильности частиц в электростатическом поле возникла у Сэмюэля Эрншоу в 1839 году. [1] и был официально оформлен Джеймсом Клерком Максвеллом. [2] в 1874 году, который дал ей название «Теорема Ирншоу» и доказал ее с помощью уравнения Лапласа . Теорема Эрншоу объясняет, почему система электронов нестабильна, и была использована Нильсом Бором в его модели атома 1913 года. [3] [ нужен лучший источник ] критикуя атом Дж. Дж. Томсона .
Теорема Эрншоу утверждает, что заряженная частица, подвешенная в электростатическом поле, нестабильна, поскольку силы притяжения и отталкивания изменяются с одинаковой скоростью, пропорциональной закону обратных квадратов, и остаются в равновесии везде, где бы ни двигалась частица. Поскольку силы остаются в равновесии, не существует неравенства, которое могло бы обеспечить восстанавливающую силу; а частица остается нестабильной и может свободно перемещаться без ограничений.
Левитация
[ редактировать ]Первый электростатический левитатор был изобретен доктором Вон-Кю Римом в НАСА Лаборатории реактивного движения в 1993 году. [4] Заряженный образец диаметром 2 мм можно левитировать в вакуумной камере между двумя вертикально расположенными электродами с электростатическим полем между ними. Поле контролируется с помощью системы обратной связи, позволяющей удерживать левитирующий образец в заданном положении. Несколько копий этой системы было изготовлено в JAXA и NASA, а оригинальная система была передана в Калифорнийский технологический институт с модернизированной четырехлучевой системой лазерного нагрева тетраэдров.
На Луне фотоэлектрический эффект и электроны солнечного ветра заряжают тонкие слои лунной пыли на поверхности, образуя атмосферу пыли, которая плавает «фонтанами» над поверхностью Луны. [5] [6]
См. также
[ редактировать ]- Магнитная левитация
- Оптическая левитация
- Акустическая левитация
- Аэродинамическая левитация
- Эффект Бифельда-Брауна
- Ионокрафт ( Лифтер )
- Из генератора Graff
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сэмюэл Эрншоу «О природе молекулярных сил, которые регулируют строение светоносного эфира», Труды Кембриджского философского общества, Cambridge University Press, Vol. 7, стр. 97–122 (1842).
- ^ Джеймс Клерк Максвелл, Трактат об электричестве и магнетизме, Макмиллан и компания, «Теорема Эрншоу», стр. 139 (1873)
- ^ Бор, Нильс (июль 1913 г.). «I. О строении атомов и молекул» . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 26 (151): 1–25. дои : 10.1080/14786441308634955 . ISSN 1941-5982 .
- ^ В. К. Рим, С. К. Чунг, Д. Барбер, К. Ф. Ман, Г. Гутт, А. Рулисон и Р. Э. Спьют, Обзор научных инструментов 64, 2961 (1993).
- ^ Белл, Труди Э., «Лунные фонтаны» , FirstScience.com, 06 января 2001 г.
- ^ Пыль получает заряд в вакууме.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- JLN Labs: Левитатор
- Электростатический левитатор - Центр космических полетов Маршалла
- Электростатическая левитация поднимает частицы пыли с поверхности Луны
- Гибридная электрическая и акустическая левитация. Архивировано 14 апреля 2005 г. в Wayback Machine.
- Электростатическая левитация и транспортировка стеклянных или кремниевых пластин.
- Электростатическая левитация различных материалов, включая кремний, кобальт, палладий, алюминий и другие соединения.