Nemagnetická levitace - lifter

Nad pracovním stolem se vznáší lehká konstrukce ze špejlí a alobalu. Se zemí je spojena pouze dvěma napájecími vodiči. Nikde ani stopa po magnetech, Thomas Townsend Brown věří, že objevil rušičku gravitace.

V minulých dílech jsme probírali principy magnetické levitace. Efekt je založen na vzájemném odpuzování magnetů. Jeden magnetický pól musí být na zemi, druhý levituje nad ním, sedě na magnetickém poli jako na sloupu. Nazíráno z tohoto úhlu by bylo možné pojem levitace zpochybnit. Co je to za levitaci, když se o něco opírá! Co kdyby se však nějaký objekt vznesl jen tak, bez viditelného důvodu, nezávisle na tom, zda v okolí je nebo není nějaké magnetické pole? Taková zařízení existují, mají název lifter. Nemají žádné pohyblivé součásti. Vlastně skoro žádné součásti.

První lifter zkonstruoval již roku 1920 Thomas Townsend Brown. Protože se jeho zařízení opravdu vznášelo a k pohonu používalo elektrickou energii o vysokém napětí, domníval se nesprávně, že objevil přístroj na rušení zemské gravitace. Tak tomu bohužel (naštěstí?) není, princip je mnohem prozaičtější, nicméně neméně zajímavý. Thomas Townsend Brown zkonstruoval první (proudový) iontový motor.

Řekli jsme, že lifter nemá skoro žádné součásti. V podstatě je to uzavřená plechová ohrádka, nad kterou je veden tenký drát. K ohrádce je připojen jeden pól, k drátu druhý. Vše je pospojováno špejlemi nebo nějakým jiným dobře izolujícím materiálem. Pak jen připojíme na nějakých 20-30 tisíc voltů a lifter se svižně vznese.

Děje, které zde probíhají, není obtížné popsat, pouze si zavedeme terminologii. Předně nebudeme říkat plechová ohrádka a tenký drát, nýbrž elektroda. Té horní elektrodě z tenkého drátu budeme říkat koronový vodič (obvykle, ale ne nutně, je připojená ke kladnému pólu), spodní plechové ohrádce sběrač (obvykle záporný). Pojem koronový vodič již napovídá, že tu dochází ke koronovému výboji, při kterém se ionizují molekuly vzduchu. Vysoká intenzita elektrického pole dokáže vytrhnout z elektronového obalu kyslíku a dusíku elektrony a tak je okolí elektrody za chvíli plné volných záporných elektronů a kladných iontů.

Protože je koronový vodič připojen ke kladnému pólu, začnou se od něj kladné ionty odpuzovat a přitahovat ke spodnímu záporně nabitému sběrači. Vlastně jsme vyrobili jednoduchý urychlovač, který funguje jako tryskový motor. Bez jakýchkoli pohyblivých částí jsme postavili vzduchové čerpadlo, které shora nasává vzduch, fouká ho dolů a vzniklá reaktivní síla ho vynáší do výšky.

Je tu ovšem jedna vada na kráse. Koronový vodič sice vymrští ionty pryč od sebe, čímž se urychlí, jenomže zmíněné ionty nakonec narazí do sběrače, předají mu svou hybnost a lifter srazí zase zpět. Jsme v podobné situaci jako baron Prášil, když sám sebe vytáhl za vlasy z bažiny. I u něj to byl zpočátku dobrý nápad, ruka skutečně táhne hlavu ven, ale sama tlačí tělo přes rameno zpět do bažiny. Jak u lifteru, tak u barona se síly dokonale vyrovnají. Jenomže lifter reálně létá, musí tu být ještě nějaký další mechanismus.

Úplně jsme zapomněli na to, že prostor mezi elektrodami je plný molekul vzduchu. Naše urychlené ionty do nich narážejí a ztrácejí svou rychlost. Tuto rychlost přebírají molekuly vzduchu, jenomže ty jsou neutrální a nemají důvod se ke sběrači přitahovat, natož do něj narážet. Prolétají kolem něj bez povšimnutí a pokračují směrem k zemi. O tom se můžeme přesvědčit třeba kouřem, který zvizualizuje proudnice.

Jak by to dopadlo, kdybychom změnili polaritu, začal by vzduch foukat obráceně? Kupodivu ne, přístroj není zkonstruován symetricky. Sběrač není schopen ionizovat molekuly, to dokáže jen tenký koronový vodič. Proto je sběrač vytvořen z ploché hladké fólie případně ještě zkroucené do oblouku, aby na něm bylo co nejméně ostrých hran. Schopnost vytrhávat ionty z atomů je závislá na křivosti elektrody. Rovinná elektroda ionizovat nedokáže, zatímco tenký koronový vodič vytváří ve své blízkosti pole takové intenzity, které žádný atom nedokáže vzdorovat.

Postavit si lifter doma na koleně není žádný problém, je to spíš otázka odvahy pracovat s tak vysokým napětím. Vysokonapěťový zdroj se dal ještě poměrně nedávno vymontovat z jakékoli CRT obrazovky, které dnes už zmizely i ze smetišť. To je samozřejmě jen drobná překážka, dostatečně zarputilý badatel ji jistě snadno překoná. Jemu věnujeme několik následujících rad.

1) Vykašli se na to, život je cennější. 
2) Vem si to někam dál od domu, nemusíš vybít celou rodinu. 
3) Přítel v bezpečné vzdálenosti nechť má v ruce hlavní spínač a mobil s předvoleným číslem 155. 
4) Vysoké napětí se chová jinak, než dvě ploché baterky. Lifter není varná konvice. Izolace nefungují, jak jsi zvyklý, proud se šíří i jiskrou. 
5) Účinnost motoru je poměrně vysoká (50x vyšší než u klasických proudových motorů), přesto by měla být konstrukce co nejlehčí; při elektrickém výkonu 1 W motor unese asi 1 g. 
6) Čím blíže k sobě jsou elektrody, tím je motor výkonnější, ale když jsou příliš blízko, začínají přeskakovat jiskry, které účinnost snižují a poškozují konstrukci. Elektrická pevnost vzduchu je cca 1 mm na kV. Při napětí 30 kV by měly být od sebe asi 3 cm.

Lifter s kruhovým půdorysem. Povšimněte si gumových rukavic laboranta a roztahanosti experimentu. Při vysokých napětích mohou jiskry přeskakovat nejen mezi blízkými vodiči, ale i mezi vodičem a experimentátorem.