Efecto Biefeld-Brown

El efecto Biefeld-Brown (pronunciación^ⓘ ) es un fenómeno eléctrico, observado por primera vez por el inventorThomas Townsend Brownen la década de 1920, donde la aplicación de alto voltaje a los electrodos de uncondensadorcausa una fuerza propulsora neta hacia el electrodo más pequeño. ^{[ 1 ]} Brown creía que este efecto era unaantigravitatoriay se refirió a él comoelectrogravitacionaldebido a que es un fenómeno de electricidad/gravedad. ^{[ 2 ] : ch10} Los estudios detallados en cámaras de vacío no lograron replicar las observaciones de Brown y los estudios posteriores atribuyen la medición de la fuerza alviento coronade la descarga eléctrica. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Generalmente se asume que el efecto Biefeld-Brown produce un viento iónico que transfiere su momento a las partículas neutras circundantes. Describe una fuerza observada en un condensador asimétrico cuando se aplica un alto voltaje a sus electrodos. ^{[ 1 ]} Una vez cargado adecuadamente a potenciales de CC elevados , se genera un empuje en el terminal negativo, alejándolo del terminal positivo. ^{[ 5 ]}

El uso de un condensador asimétrico, con el electrodo negativo más grande que el positivo, permitió producir mayor empuje en la dirección de la región de bajo flujo a la de alto flujo en comparación con un condensador convencional. ^{[ 5 ]} Estos condensadores asimétricos se conocieron como propulsores de condensador asimétrico (ACT). ^{[ 6 ]} Estos dispositivos se pueden observar en naves iónicas y elevadores , que utilizan el efecto para producir empuje en el aire mediante energía eléctrica sin necesidad de combustión ni piezas móviles. ^{[ 1 ]}

El "efecto Biefeld-Brown" fue el nombre dado a un fenómeno observado por Thomas Townsend Brown mientras experimentaba con tubos de rayos X durante la década de 1920, cuando aún estaba en la escuela secundaria. Cuando aplicó una carga eléctrica de alto voltaje a un tubo Coolidge que colocó sobre una balanza, Brown notó una diferencia en la masa del tubo dependiendo de la orientación, lo que implicaba algún tipo de fuerza neta . ^{[ 1 ] [ 7 ]} Este descubrimiento lo llevó a suponer que de alguna manera había influido en la gravedad electrónicamente y lo impulsó a diseñar un sistema de propulsión basado en este fenómeno. El 15 de abril de 1927, solicitó una patente, titulada "Método para producir fuerza o movimiento", que describía su invención como un método eléctrico que podía controlar la gravedad para producir fuerza o movimiento lineal. ^{[ 1 ]} En 1929, Brown publicó un artículo para la popular revista estadounidense Science and Invention , donde detallaba su trabajo. El artículo también mencionaba el «gravitador», un invento de Brown que producía movimiento sin utilizar electromagnetismo, engranajes, hélices ni ruedas, sino mediante los principios de lo que él denominaba «electrogravitación». También afirmaba que los condensadores asimétricos eran capaces de generar campos misteriosos que interactuaban con la atracción gravitatoria de la Tierra y vislumbraba un futuro en el que los gravitadores impulsarían transatlánticos e incluso vehículos espaciales. ^{[ 2 ] : Cap. 21}

En algún momento, este efecto también recibió el nombre de "efecto Biefeld-Brown", probablemente acuñado por Brown para reivindicar al profesor de física y astronomía de la Universidad de Denison, Paul Alfred Biefeld, como su mentor y compañero de experimentación. ^{[ 2 ] : Cap. 11} Brown asistió a Denison en Ohio durante un año antes de abandonar los estudios, y los registros de su relación con Biefeld son, en el mejor de los casos, escasos. Brown afirmó haber realizado una serie de experimentos con el profesor de astronomía Biefeld, un antiguo profesor suyo a quien Brown consideraba su mentor y compañero de experimentación en la Universidad de Denison. En 2004, la Universidad de Denison afirmaba no tener constancia de tales experimentos ni de ninguna relación entre Brown y Biefeld. ^{[ 2 ] : Cap. 11}

En su patente de 1960 titulada "Aparato electrocinético", Brown se refiere a la electrocinesis para describir el efecto Biefeld-Brown, vinculando el fenómeno con el campo de la electrohidrodinámica (EHD). ^{[ 1 ] [ 5 ]} Brown también creía que el efecto Biefeld-Brown podía producir una fuerza antigravitatoria, denominada "electrogravitatoria" por ser un fenómeno de electricidad/gravedad. ^{[ 2 ] : Cap. 10} Sin embargo, hay poca evidencia que respalde la afirmación de Brown sobre las propiedades antigravitatorias del efecto. ^{[ 8 ]} En 1965, Brown presentó una patente que afirmaba que una fuerza neta sobre el condensador asimétrico puede existir incluso en el vacío . Sin embargo, hay poca evidencia experimental que sirva para validar sus afirmaciones. ^{[ 1 ]}

En 1988, RL Talley no midió empuje alguno de electrodos similares a los propuestos por Brown que operaban en un vacío de 10⁻⁶ ^torr bajo potenciales de corriente continua. Sí encontró una fuerza durante la ruptura eléctrica cuando fluía corriente. ^{[ 9 ] [ 5 ] : 216} En 2004, Tajmar encerró el aparato de electrodos en una caja suspendida de cables que excluiría cualquier efecto del viento de corona . No se observó empuje lineal, lo que indica que el efecto Biefeld-Brown era el viento de corona bien estudiado. ^{[ 5 ] [ 10 ] : 359 [ 4 ]}

Generalmente se cree que el efecto se basa en la descarga de corona , que permite que las moléculas de aire se ionicen cerca de puntas y bordes afilados. Normalmente, se utilizan dos electrodos con un alto voltaje entre ellos, que oscila entre unos pocos kilovoltios y niveles de megavoltios, donde un electrodo es pequeño o afilado y el otro más grande y liso. La distancia más efectiva entre los electrodos se produce con un gradiente de potencial eléctrico de aproximadamente 10 kV/cm, que está justo por debajo del voltaje de ruptura nominal del aire entre dos puntas afiladas, a un nivel de densidad de corriente generalmente denominado condición de corriente de corona saturada. Esto crea un alto gradiente de campo alrededor del electrodo más pequeño y cargado positivamente. Alrededor de este electrodo, se produce la ionización, es decir, los electrones son arrancados de los átomos en el medio circundante; son literalmente extraídos por la carga del electrodo.

Esto deja una nube de iones con carga positiva en el medio, que son atraídos hacia el electrodo liso negativo por la ley de Coulomb , donde se neutralizan nuevamente. Esto produce una fuerza opuesta de igual magnitud en el electrodo inferior. Este efecto puede utilizarse para propulsión (véase propulsor EHD ), bombas de fluidos y, recientemente, también en sistemas de refrigeración EHD. ^{[ 11 ]} La velocidad alcanzable por tales configuraciones está limitada por el momento que puede alcanzar el aire ionizado, el cual se reduce por el impacto de los iones con el aire neutro. Se ha propuesto una derivación teórica de esta fuerza (véanse los enlaces externos a continuación).

Sin embargo, este efecto funciona con cualquier polaridad para los electrodos: el electrodo pequeño o delgado puede ser positivo o negativo, y el electrodo más grande debe tener la polaridad opuesta. ^{[ 6 ]} En muchos sitios experimentales se informa que el efecto de empuje de un elevador es en realidad un poco más fuerte cuando el electrodo pequeño es el positivo. ^{[ 1 ]} Esto es posiblemente un efecto de las diferencias entre la energía de ionización y la energía de afinidad electrónica de los componentes del aire; por lo tanto, la facilidad con la que se crean iones en el electrodo "afilado".

Al disminuir la presión del aire en el sistema, varios efectos se combinan para reducir la fuerza y ​​el momento disponibles. El número de moléculas de aire alrededor del electrodo ionizante se reduce, disminuyendo así la cantidad de partículas ionizadas. Al mismo tiempo, se reduce el número de impactos entre partículas ionizadas y neutras. Si bien no se suele medir si esto aumenta o disminuye el momento máximo del aire ionizado, la fuerza que actúa sobre los electrodos disminuye hasta que se alcanza la región de descarga luminiscente. Esta reducción de la fuerza también se debe a la disminución de la tensión de ruptura del aire, ya que se debe aplicar un potencial menor entre los electrodos, reduciendo así la fuerza descrita por la ley de Coulomb.

Durante la descarga luminiscente, el aire se convierte en conductor. Si bien el voltaje y la corriente aplicados se propagan a una velocidad cercana a la de la luz, el movimiento de los conductores es prácticamente despreciable. Esto da lugar a una fuerza de Coulomb y un cambio de momento tan pequeños que resultan nulos.

Debajo de la región de descarga luminiscente, el voltaje de ruptura aumenta nuevamente, mientras que el número de iones potenciales disminuye y la probabilidad de impacto se reduce. Se han realizado experimentos que han confirmado y refutado la existencia de una fuerza a muy baja presión. Es probable que esto se deba a que, a presiones muy bajas, solo los experimentos que utilizaron voltajes muy altos produjeron resultados positivos, como consecuencia de una mayor probabilidad de ionización del número extremadamente limitado de moléculas de aire disponibles y una mayor fuerza por ion según la ley de Coulomb; los experimentos que utilizaron voltajes más bajos presentan una menor probabilidad de ionización y una menor fuerza por ion. Un rasgo común a los resultados positivos es que la fuerza observada es pequeña en comparación con los experimentos realizados a presión estándar.

A TT Brown se le concedieron varias patentes por su descubrimiento:

• GB300311 — Método y aparato o máquina para producir fuerza o movimiento (aprobado el 15/11/1928)
• Patente estadounidense 1.974.483 — Motor electrostático (25/09/1934)
• Patente estadounidense 2.949.550 — Aparato electrocinético (16 de agosto de 1960)
• Patente estadounidense 3.018.394 — Transductor electrocinético (23/01/1962)
• Patente estadounidense 3.022.430 — Generador electrocinético (20 de febrero de 1962)
• Patente estadounidense 3.187.206 — Aparato electrocinético (1 de junio de 1965)
• Patente estadounidense 3.196.296 — Generador eléctrico (20 de julio de 1965)