تأثير بيفيلد-براون

تأثير بيفيلد -براون (نطق^ⓘ هي ظاهرة كهربائية، لاحظها المخترعتوماس تاونسند براونفي عشرينيات القرن الماضي، حيث يؤدي تطبيق جهد عالٍ على أقطابمكثفإلى قوة دافعة صافية باتجاه القطب الأصغر. ^{[ 1 ]} اعتقد براون أن هذا التأثيرمضادة للجاذبية، وأطلق عليه اسمالكهروجاذبيةنظرًا لكونه ظاهرة كهربائية/جاذبية. ^{[ 2 ] : الفصل 10.} فشلت الدراسات التفصيلية في غرف التفريغ في تكرار ملاحظات براون، ونسبت الدراسات اللاحقة قياس القوة إلىرياح الهالة الناتجةعن التفريغ الكهربائي. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

يُفترض عمومًا أن تأثير بيفيلد-براون يُنتج رياحًا أيونية تنقل زخمها إلى الجسيمات المحايدة المحيطة بها. وهو يصف قوةً تُلاحظ على مكثف غير متماثل عند تطبيق جهد عالٍ على أقطابه. ^{[ 1 ]} بمجرد شحن المكثف بشكل مناسب إلى جهود تيار مستمر عالية ، تتولد قوة دفع عند الطرف السالب، تدفعه بعيدًا عن الطرف الموجب. ^{[ 5 ]}

يُتيح استخدام مكثف غير متماثل، حيث يكون القطب السالب أكبر من القطب الموجب، توليد قوة دفع أكبر في الاتجاه من منطقة التدفق المنخفض إلى منطقة التدفق العالي مقارنةً بالمكثف التقليدي. ^{[ 5 ]} عُرفت هذه المكثفات غير المتماثلة باسم دافعات المكثفات غير المتماثلة (ACT). ^{[ 6 ]} يمكن ملاحظة هذه الأجهزة في المركبات الأيونية والرافعات ، التي تستغل هذا التأثير لتوليد قوة دفع في الهواء باستخدام الطاقة الكهربائية دون الحاجة إلى أي احتراق أو أجزاء متحركة . ^{[ 1 ]}

أُطلق اسم "تأثير بيفيلد-براون" على ظاهرة لاحظها توماس تاونسند براون أثناء تجاربه على أنابيب الأشعة السينية في عشرينيات القرن الماضي، حين كان لا يزال في المدرسة الثانوية. عندما طبّق شحنة كهربائية عالية الجهد على أنبوب كوليدج ووضعه على ميزان، لاحظ براون اختلافًا في كتلة الأنبوب تبعًا لاتجاهه، مما يشير إلى وجود نوع من القوة المحصلة . ^{[ 1 ] [ 7 ]} دفعه هذا الاكتشاف إلى افتراض أنه قد أثّر بطريقة ما على الجاذبية إلكترونيًا، ما قاده إلى تصميم نظام دفع يعتمد على هذه الظاهرة. في 15 أبريل 1927، تقدّم بطلب للحصول على براءة اختراع بعنوان "طريقة إنتاج قوة أو حركة"، وصف فيها اختراعه بأنه طريقة كهربائية للتحكم في الجاذبية لإنتاج قوة أو حركة خطية. ^{[ 1 ]} في عام 1929، نشر براون مقالًا في مجلة "العلوم والاختراع" الأمريكية الشهيرة ، شرح فيه عمله بالتفصيل. كما أشارت المقالة إلى "المُجَدِّف"، وهو اختراعٌ لبراون يُنتج الحركة دون استخدام الكهرومغناطيسية أو التروس أو المراوح أو العجلات، بل باستخدام مبادئ ما أسماه "الكهروجاذبية". وادّعى أيضًا أن المكثفات غير المتماثلة قادرة على توليد مجالات غامضة تتفاعل مع جاذبية الأرض ، وتصوّر مستقبلًا تُستخدم فيه المُجَدِّفات لدفع سفن المحيطات وحتى سيارات الفضاء. ^{[ 2 ] : الفصل 21}

في مرحلة ما، اكتسب هذا التأثير أيضًا اسم "تأثير بيفيلد-براون"، والذي يُرجح أن براون هو من صاغه ليُشير إلى أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة دينيسون، بول ألفريد بيفيلد، باعتباره مُرشده وشريكه في التجارب. ^{[ 2 ] : الفصل 11.} درس براون في دينيسون بولاية أوهايو لمدة عام قبل أن ينقطع عن الدراسة، وسجلات علاقته ببيفيلد شحيحة للغاية. ادعى براون أنه أجرى سلسلة من التجارب مع أستاذ علم الفلك بيفيلد، وهو مُعلم سابق لبراون، والذي ادعى براون أنه كان مُرشده وشريكه في التجارب في جامعة دينيسون. اعتبارًا من عام 2004، تُؤكد جامعة دينيسون عدم وجود أي سجل لديها يُثبت إجراء مثل هذه التجارب، أو وجود أي علاقة بين براون وبيفيلد. ^{[ 2 ] : الفصل 11}

في براءة اختراعه لعام 1960 بعنوان "جهاز كهروكينيتيكي"، أشار براون إلى الكهروكينيسيس لوصف تأثير بيفيلد-براون، رابطًا هذه الظاهرة بمجال الكهروهيدروديناميكا (EHD). ^{[ 1 ] [ 5 ]} كما اعتقد براون أن تأثير بيفيلد-براون يمكن أن يُنتج قوة مضادة للجاذبية، أُطلق عليها اسم "الكهروجاذبية" نظرًا لكونها ظاهرة كهربائية/جاذبية. ^{[ 2 ] : الفصل 10.} ومع ذلك، لا يوجد دليل يُذكر يدعم ادعاء براون بشأن خصائص التأثير المضادة للجاذبية. ^{[ 8 ]} في عام 1965، قدم براون براءة اختراع زعم فيها أن قوة محصلة على المكثف غير المتماثل يمكن أن توجد حتى في الفراغ . ومع ذلك، لا يوجد دليل تجريبي يُذكر يُؤكد صحة ادعاءاته. ^{[ 1 ]}

في عام 1988، لم يرصد آر. إل. تالي أي قوة دفع من أقطاب كهربائية مماثلة لتلك التي اقترحها براون، والتي تعمل في فراغ مقداره 10⁻⁶ ^تور تحت تأثير جهد التيار المستمر. لكنه وجد قوة أثناء الانهيار الكهربائي عند مرور التيار. ^{[ 9 ] [ 5 ] : 216.} في عام 2004، وضع تاجمار جهاز الأقطاب الكهربائية داخل صندوق معلق بأسلاك، مما يمنع أي تأثير لرياح الهالة . لم تُلاحظ أي قوة دفع خطية، مما يشير إلى أن تأثير بيفيلد-براون هو رياح الهالة التي دُرست جيدًا. ^{[ 5 ] [ 10 ] : 359 [ 4 ]}

يُعتقد عمومًا أن هذا التأثير يعتمد على التفريغ الإكليلي ، الذي يسمح بتأين جزيئات الهواء بالقرب من النقاط والحواف الحادة. عادةً، يُستخدم قطبان كهربائيان بينهما جهد عالٍ، يتراوح من بضعة كيلوفولتات إلى مستويات ميغافولت، حيث يكون أحد القطبين صغيرًا أو حادًا، والآخر أكبر وأكثر نعومة. تتحقق المسافة المثلى بين القطبين عند تدرج جهد كهربائي يبلغ حوالي 10 كيلوفولت/سم، وهو أقل بقليل من جهد الانهيار الاسمي للهواء بين نقطتين حادتين، عند مستوى كثافة تيار يُشار إليه عادةً بحالة تيار الإكليل المشبع. يُنشئ هذا تدرجًا عاليًا في المجال حول القطب الأصغر المشحون إيجابيًا. حول هذا القطب، يحدث التأين، أي تُنتزع الإلكترونات من ذرات الوسط المحيط؛ حيث تُسحب حرفيًا بفعل شحنة القطب.

ينتج عن ذلك سحابة من الأيونات الموجبة الشحنة في الوسط، والتي تنجذب إلى القطب السالب الأملس وفقًا لقانون كولوم ، حيث تتعادل شحنتها مجددًا. وينتج عن ذلك قوة معاكسة مماثلة في القطب السفلي. يمكن استخدام هذا التأثير في الدفع (انظر دافع EHD )، ومضخات السوائل ، ومؤخرًا أيضًا في أنظمة تبريد EHD. ^{[ 11 ]} السرعة التي يمكن تحقيقها بواسطة هذه التجهيزات محدودة بالزخم الذي يمكن للهواء المتأين تحقيقه، والذي ينخفض ​​نتيجة اصطدام الأيونات بالهواء المتعادل. وقد تم اقتراح اشتقاق نظري لهذه القوة (انظر الروابط الخارجية أدناه).

مع ذلك، يعمل هذا التأثير بغض النظر عن قطبية الأقطاب الكهربائية: يمكن أن يكون القطب الصغير أو الرقيق موجبًا أو سالبًا، بينما يجب أن يكون للقطب الأكبر قطبية معاكسة. ^{[ 6 ]} في العديد من المواقع التجريبية، يُلاحظ أن قوة دفع الرافعة تكون أقوى قليلًا عندما يكون القطب الصغير هو الموجب. ^{[ 1 ]} يُعزى ذلك على الأرجح إلى الاختلافات بين طاقة التأين وطاقة الألفة الإلكترونية لمكونات الهواء؛ وبالتالي سهولة تكوّن الأيونات عند القطب "الحاد".

مع انخفاض ضغط الهواء في النظام، تتضافر عدة عوامل لتقليل القوة والزخم المتاحين له. يقل عدد جزيئات الهواء حول القطب المؤين، مما يقلل كمية الجسيمات المتأينة. في الوقت نفسه، يقل عدد التصادمات بين الجسيمات المتأينة والجسيمات المتعادلة. لا يُقاس عادةً ما إذا كان هذا يزيد أو يقلل من أقصى زخم للهواء المتأين، على الرغم من أن القوة المؤثرة على الأقطاب الكهربائية تقل حتى الوصول إلى منطقة التفريغ المتوهج. كما أن انخفاض القوة ناتج عن انخفاض جهد انهيار الهواء، إذ يجب تطبيق جهد أقل بين الأقطاب الكهربائية، مما يقلل القوة التي يحددها قانون كولوم.

خلال مرحلة التفريغ المتوهج، يصبح الهواء موصلاً. ورغم أن الجهد والتيار المطبقين ينتشران بسرعة تقارب سرعة الضوء، فإن حركة الموصلات نفسها تكاد تكون معدومة. وهذا يؤدي إلى قوة كولوم وتغير في الزخم ضئيل للغاية لدرجة أنه يساوي الصفر.

أسفل منطقة التفريغ المتوهج، يرتفع جهد الانهيار مجددًا، بينما يقل عدد الأيونات المحتملة، ويتراجع احتمال الاصطدام. أُجريت تجارب أثبتت وجود قوة عند ضغط منخفض جدًا، وأخرى نفته. يُرجح أن السبب في ذلك هو أنه عند الضغوط المنخفضة جدًا، لم تُسفر التجارب التي استخدمت جهودًا عالية جدًا إلا عن نتائج إيجابية، نتيجةً لزيادة احتمال تأين العدد المحدود للغاية من جزيئات الهواء المتاحة، وزيادة القوة الناتجة عن كل أيون وفقًا لقانون كولوم؛ أما التجارب التي استخدمت جهودًا أقل، فكانت احتمالية التأين فيها أقل، وبالتالي كانت القوة لكل أيون أقل. والقاسم المشترك بين النتائج الإيجابية هو صغر القوة المُلاحظة مقارنةً بالتجارب التي أُجريت عند الضغط القياسي.

حصل تي تي براون على عدد من براءات الاختراع لاكتشافه:

• GB300311 — طريقة وجهاز أو آلة لإنتاج القوة أو الحركة (تم قبولها في 15-11-1928)
• براءة اختراع أمريكية رقم 1,974,483 - محرك كهرساكن (25-09-1934)
• براءة اختراع أمريكية رقم 2,949,550 - جهاز كهروكينيتيكي (16-08-1960)
• براءة اختراع أمريكية رقم 3,018,394 - محول الطاقة الكهروكينيتيكي (23-01-1962)
• براءة اختراع أمريكية رقم 3,022,430 - مولد الطاقة الكهروكينيتية (20-02-1962)
• براءة اختراع أمريكية رقم 3,187,206 - جهاز كهروكينيتيكي (1965-06-01)
• براءة اختراع أمريكية رقم 3,196,296 — مولد كهربائي (20-07-1965)