Ηλεκτροστατική αιώρηση

Η ηλεκτροστατική αιώρηση ή ανύψωση (Electrostatic levitation) είναι η διαδικασία χρήσης ενός ηλεκτρικού πεδίου για να ανυψώσει ένα φορτισμένο αντικείμενο και να εξουδετερώσει τις επιπτώσεις της βαρύτητας. Χρησιμοποιήθηκε, π.χ., στο πείραμα της σταγόνας του λαδιού του Ρόμπερτ Άντριους Μίλικαν και χρησιμοποιήθηκε για να ανυψώσει τα γυροσκόπια στην αποστολή Gravity Probe B κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης.

Λόγω του θεωρήματος του Έρνσο (Earnshaw's theorem) καμιά στατική διάταξη των κλασικών ηλεκτροστατικών πεδίων δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ανυψώσει σταθερά ένα σημειακό φορτίο. Υπάρχει ένα σημείο ισορροπίας όπου τα δύο πεδία αναιρούνται, αλλά αυτό είναι μια ασταθή ισορροπία. Χρησιμοποιώντας τεχνικές ανάδρασης είναι δυνατή η ρύθμιση των φορτίων ώστε να επιτευχθεί μια σχεδόν στατική αιώρηση.

Το θεώρημα Έρνσο (Earnshaw's theorem)
Η ιδέα της αστάθειας σωματιδίου σε ηλεκτρικό πεδίο κατάγεται από τον Samuel Earnshaw το 1839 και τυποποιήθηκε από τον Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ το 1874 που της έδωσε τον τίτλο "Earnshaw's theorem" και την απέδειξε με την εξίσωση Λαπλάς. Το θεώρημα Έρνσο  εξηγεί γιατί ένα σύστημα ηλεκτρονίων δεν είναι σταθερό και εφαρμόστηκε από τον Νιλς Μπορ στο ατομικό του πρότυπο το 1913 όταν κριτίκαρε το άτομο του Τζόζεφ Τζον Τόμσον. 

Το θεώρημα του Έρνσο θεωρεί ότι ένα φορτισμένο σωματίδιο που αιωρείται σε ηλεκτροστατικό πεδίο είναι ασταθές, επειδή οι δυνάμεις έλξης και απώθησης διαφέρουν κατά ίση αναλογία που είναι ανάλογη με τον νόμο του αντίστροφου τετραγώνου και παραμένει σε ισχύ όταν κινείται ένα σωματίδιο. Επειδή οι δυνάμεις παραμένουν σε ισορροπία, δεν υπάρχει ανισότητα που να δίνει μια δύναμη επαναφοράς· και το σωματίδιο παραμένει ασταθές και μπορεί να κινηθεί ελεύθερα χωρίς περιορισμό.

Αιώρηση
Ο πρώτος ηλεκτροστατικός ανυψωτής εφευρέθηκε από τον Won-Kyu Rhim στο εργαστήριο JPL της NASA το 1993. Ένα φορτισμένο δείγμα 2 mm σε διάμετρο μπορεί να ανυψωθεί σε έναν θάλαμο κενού μεταξύ δύο ηλεκτροδίων τοποθετημένων  κάθετα με ηλεκτροστατικό πεδίο στο ενδιάμεσο. Το πεδίο ελέγχεται μέσω ενός συστήματος ανάδρασης για να κρατήσει το ανυψωμένο δείγμα στην προκαθορισμένη θέση. Πολλά αντίγραφα αυτού του συστήματος έχουν κατασκευαστεί στο JAXA και τη NASA. Το αρχικό σύστημα έχει μεταφερθεί στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια με μια αναβαθμισμένη ρύθμιση τετραεδρικού συστήματος θέρμανσης τεσσάρων ακτίνων λέιζερ. 

Στη Σελήνη το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και ηλεκτρόνια στον ηλιακό άνεμο φορτίζουν λεπτές στρώσεις σεληνιακής σκόνης (moon dust) στην επιφάνεια, σχηματίζοντας μια ατμόσφαιρα σκόνης που επιπλέει σε "συντριβάνια" πάνω από την επιφάνεια της σελήνης.

Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι
 JLN Labs: Levitators
 Electrostatic levitator — Marshall Space Flight Center
 Electrostatic levitation raises dust particles off the surface of the moon
 Hybrid electric/acoustic levitation
 Electrostatic levitation and transportation of glass or silicon plates
 Electrostatic levitation of various materials including silicon, cobalt palladium, aluminium and other compounds

Ηλεκτροστατική
Αιώρηση
Ανύψωση