Юный техник, 2008 № 04

Напомним, в 1928 году американский физик-любитель Томас Таунсенд Браун провел серию странных опытов. Подвесил к потолку два одинаковых свинцовых шара и подал на них плюс и минус напряжения в 125 кВ. Шары стали притягиваться. При этом отрицательно заряженная сфера почему-то притягивалась почти вдвое сильнее, чем заряженная положительно. Почему? Ведь по закону Кулона на каждый шар действуют равные силы…

Две разноименно заряженные сферы притягиваются, но отрицательно заряженная смещается вдвое сильнее. (Рисунок Т. Брауна.)

Далее Т. Браун скрепил эти сферы стеклянным стержнем. В сторону положительно заряженной сферы отклонилась вся конструкция. Пытаясь объяснить увиденное, Браун перебрал несколько вариантов и пришел к выводу, что во всем виновата гравитация. Именно ее сила и вызывает смещение шаров. Но почему тогда тяготение проявляет себя столь странно?

Браун все-таки ошибся в своих объяснениях; два разноименно заряженных шара образуют подобие конденсатора, к такому же выводу пришел несколько лет назад украинский ученый Валерий Павлович Делямуре.

Он вывел эффект Брауна из чисто теоретических положений и проверил на эксперименте. Укрепив два небольших плоских конденсатора на крутильных весах, он подал на них напряжение около 20 кВ. Крутильные весы повернулись, силу Брауна удалось точно измерить и сопоставить с емкостью конденсаторов. Это позволило В.П. Делямуре получить простую формулу для ее точного расчета:

F = q•S•U/e,

где F— сила Брауна, выраженная в Н; q— константа, полученная из эксперимента (она равна 6,44–10 ^-7Кл/м ³); S— площадь пластин конденсатора (м ²); U— разность потенциалов на пластинах конденсатора (В); е— относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика конденсатора.

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/м ². 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/м ². 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 м ²листа 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/м ²) и очень легкий сотовый заполнитель (вес 300 г/м ²) 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.