Электростатическая левитация - Electrostatic levitation

Образец сплава титан-цирконий-никель внутри вакуумной камеры электростатического левитатора в Центре космических полетов им. Маршалла НАСА.

Электростатическая левитация это процесс использования электрическое поле к левитировать а заряжен объект и противодействовать эффектам сила тяжести. Он использовался, например, в Роберт Милликен с эксперимент с каплей масла и используется для подвешивания гироскопов в Гравитационный зонд B во время запуска.

Из-за Теорема Ирншоу, никакое статическое расположение классических электростатических полей нельзя использовать для устойчивого левитирования точечного заряда. Есть точка равновесия, в которой два поля сокращаются, но это неустойчивое равновесие. Используя Обратная связь При помощи техники можно регулировать заряды для достижения квазистатической левитации.

Теорема Ирншоу

Основная статья: Теорема Ирншоу

Идея о нестабильности частиц в электростатическом поле возникла в Сэмюэл Эрншоу в 1839 г.[1] и был оформлен Джеймс Клерк Максвелл[2] в 1874 году, который назвал ее «теоремой Ирншоу» и доказал ее с помощью Уравнение лапласа. Теорема Ирншоу объясняет, почему система электронов нестабильна, и была использована Нильс Бор в его модели атома 1913 года[3][нужен лучший источник ] при критике Атом Дж. Дж. Томсона.

Теорема Ирншоу утверждает, что заряженная частица, подвешенная в электростатическом поле, нестабильна, потому что силы притяжения и отталкивания изменяются с одинаковой скоростью, которая пропорциональна закону обратных квадратов и остается в равновесии везде, где движется частица. Поскольку силы остаются в равновесии, нет неравенства для обеспечения восстанавливающей силы; и частица остается нестабильной и может свободно перемещаться без ограничений.

Левитация

Первый электростатический левитатор был изобретен доктором Вон-Кю Римом в НАСА Лаборатория реактивного движения в 1993 году.[4] Заряженный образец диаметром 2 мм можно левитировать в вакуумной камере между двумя электродами, расположенными вертикально, с электростатическим полем между ними. Поле контролируется с помощью системы обратной связи, чтобы удерживать левитирующий образец в заданном положении. Несколько копий этой системы были изготовлены в JAXA и НАСА, а исходная система была передана Калифорнийский технологический институт с модернизированной установкой четырехлучевой системы лазерного нагрева тетраэдров.

На Луне фотоэлектрический эффект и электроны в Солнечный ветер заряжать тонкие слои лунная пыль на поверхности образуется атмосфера пыли, которая плавает «фонтанами» над поверхностью Луны.[5][6]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Сэмюэл Эрншоу «О природе молекулярных сил, которые регулируют строение светоносного эфира», Труды Кембриджского философского общества, Cambridge University Press, Vol. 7. С. 97-122 (1842).
  2. ^ Джеймс Клерк Максвелл, Трактат об электричестве и магнетизме, Макмиллан и Ко, "Теорема Ирншоу" стр. 139 (1873)
  3. ^ 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.
  4. ^ У. К. Рим, С. К. Чанг, Д. Барбер, К. Ф. Ман, Г. Гутт, А. Рулисон и Р. Э. Спют, Обзор научных инструментов 64, 2961 (1993).
  5. ^ Белл, Труди Э., "Лунные фонтаны", FirstScience.com, 2001-01-06.
  6. ^ Пыль получает заряд в вакууме

внешние ссылки