Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Капельница Кельвина - статическое электричество из воды
2 мая 2022
Количество просмотров: 1038
Комментарии к статье: 4


Капельница Кельвина - статическое электричество из воды

Генератору Кельвина удается удивительным образом создавать высокое напряжение. Два сборных контейнера электростатически заряжаются падающими каплями воды.

Капельница Кельвина

За свою долгую жизнь английский физик Уильям Томсон (1824 — 1907) успел немало сделать для развития естественных наук.

С детства будучи любознательным и творческим ребенком, в возрасте 15 лет он, учась в колледже, выиграл премию за эссе по астрономии, посвященное форме Земли. Примечателен фундаментальный вклад Томсона в термодинамику, механику и электродинамику.

В 1866 году он был посвящен в рыцари, а в 1892 году, за противодействие движению ирландского самоуправления, королева Виктория пожаловала Томсону звание «борон Кельвин» (после этого Уильям Томсон стал известен как лорд Кельвин) по названию реки Кельвин, протекающей неподалеку от Университета Глазго, в котором Томсон работал и возглавлял кафедру теоретической физики.

И сегодня мы знаем единицу измерения термодинамической температуры К - «Кельвин», названную так именно в честь Уильяма Томсона.

Уильям Томсон, лорд Кельвин

В 1850-е Уильям Томсон, лорд Кельвин активно работал над проблемой трансатлантической телеграфии, исследовал теорию распространения электрических импульсов по кабелю, изучал колебательный электрический разряд.

В 1867 году он изобрел водяной капельный генератор высокого напряжения, позволяющий наблюдать в воздушном промежутке между двумя металлическими банками электрические разряды с разностью потенциалов порядка 10 кВ.

Различные модификации данного генератора называют теперь не иначе как «капельница Кельвина».

Давайте рассмотрим конструкцию и принцип действия капельницы Кельвина.

Генератор состоит из нескольких частей. На изолирующей подставке на одном уровне расположены две открытые сверху металлические (хорошо проводящие электрический заряд) достаточно вместительные банки. От каждой банки сделано по металлическому отводу, каждый из которых оканчивается собственным проводящим кольцом.

Проводящее кольцо, соединенное с одной из банок, находится над второй банкой, причем вертикальная ось симметрии второй банки проходит приблизительно через центр этого кольца. Кольцо второй банки аналогичным образом расположено над первой банкой.

Банки никоим образом не контактируют друг с другом, то есть ни сами банки, ни отводы, ни кольца друг с другом не соприкасаются.

Каждая сборка из банки, отвода и кольца — это индивидуальная проводящая сборка. К этим сборкам обычно подключают искровой промежуток, так же к ним могут быть подключены лейденские банки своими внутренними обкладками, как на генераторе Вимшурста.

Устройство капельницы Кельвина

Верхние части капельного генератора могут выглядеть по разному. В одном случае они представляют собой две отдельные (по вместительности аналогичные нижним) проводящие банки, находящиеся на подставке или в держателях ровно над нижними банками и над соответствующими кольцами. Тогда в донышко каждой верхней банки вмонтировано по капельнице с вентилем.

Верхние банки электрически соединены друг с другом посредством проводника (например, медного провода). Кольца нижних сборок находятся близко к донышкам верхних банок.

Возможен и другой, классический вариант верхней конструкции, в котором сверху вместо двух проводящих банок находится одна общая емкость для воды, к которой приделан разветвитель на два вентиля. И в том и в другом варианте исполнения верхней части эффект будет одним и тем же.

Статический генератор Кельвина

Верхние банки (либо один общий сосуд, из которого вода будет течь в разветвитель) наполняют водой, затем чуть-чуть приоткрывают вентили так, чтобы капли воды одна за другой, струйками падали через кольца в нижние банки.

Что здесь будет происходить? Изначально нижние сборки не могут быть заряжены одинаково, поэтому совершенно случайно на одной из них заряд будет хоть чуть-чуть, но отличаться от заряда другой. В этих условиях кольца, находящиеся сверху, также будут отличаться друг от друга зарядом.

Поэтому по отношению к верхней сборке кольца станут играть роль электростатических индукторов.

В верхней сборке, из-за явления электростатической индукции, в воде произойдет разделение заряда в соответствии со знаками зарядов колец.

Если, допустим, левое кольцо оказалось заряжено положительно, то капля воды, падающей через него, станет заряжена отрицательно. На другой стороне будет, соответственно, противоположный знак заряда.

Как работает электростатический генератор Кельвина

Рабочая модель электростатического генератора Кельвина:

Капля воды, падающая из левой капельницы, понесет на себе отрицательный заряд. Она упадет в отрицательно заряженную нижнюю банку, увеличив ее отрицательный заряд. Электростатическое действие колец на верхнюю сборку усиливается, так как разность потенциалов между ними также стала больше.

Капля воды, падающая из правой капельницы, несет не себе положительный заряд. Она падает в положительно заряженную правую банку, увеличивая ее положительный заряд.

Поскольку нижние банки неподвижны, форма их неизменна, электроемкость между ними постоянна, то увеличивающийся заряд на каждой банке (можно сказать, на каждой обкладке этого конденсатора своеобразной формы) — приводит к увеличению разности потенциалов между нижними банками. В конце концов на разряднике между ними проскакивает искра.

Те, кто впервые видят эту установку, обычно очень удивляются тому, что в общем-то простой по конструкции электростатический генератор Кельвина производит такой удивительный эффект.

Смотрите также: Генератор Ван де ГраафаГенератор МарксаЭлектростатический генератор Тестатика





Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Экспериментальные коллизии лейденского опыта
  • Применение электростатической индукции в технике
  • Электростатический генератор Тестатика
  • Генератор Ван де Граафа
  • Самодельный прибор для получения живой и мертвой воды
  • Напряжение, сопротивление, ток и мощность - основные электрические величины
  • Статическое электричество в природе и технике
  • Что такое электрический ток
  • Как работает электрический генератор
  • 5 простых советов, как бороться со статическим электричеством
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

      Комментарии:

    #1 написал: Максим | [цитировать]

    Электростатический генератор Кельвина (капельница Кельвина) может разделять отрицательные и положительные заряды, поэтому электростатическая потенциальная энергия системы должна увеличиваться. Но энергию нельзя ни создать, ни уничтожить. Откуда тогда берется электростатическая потенциальная энергия системы? 

      Комментарии:

    #2 написал: Вероника | [цитировать]

    Статический генератор Кельвина вызывает особый интерес, поскольку он напрямую преобразует гравитационный потенциал в разность электрических потенциалов. Это простое устройство, которое разделяет положительные и отрицательные электрические заряды, существующие в воде: капли падают из резервуара и образуют два ряда, которые проходят через металлические кольца и, наконец, попадают в два контейнера, где накапливаются противоположные электрические заряды с разной характерной величиной. напряжение 10 или 15 киловольт.

      Комментарии:

    #3 написал: Михаил | [цитировать]

    Цитата: Максим
    потенциальная энергия с
    Цитата: Максим
    потенциальная энергия с
    Электростатическая энергия - результат преобразования потенциальной энергии воды в поле тяготения Земли.

      Комментарии:

    #4 написал: Николай | [цитировать]

    В статическом генераторе Кельвина заряды перетаскиваются из окружающего воздуха в приемный контейнер. Для этого капли воды сбрасываются из подвешенного резервуара в сборные емкости. Этим каплям удается захватывать, иногда из окружающей среды, положительные (или отрицательные) ионы, которые будут осаждаться в соответствующих контейнерах. Для захвата заряда одного типа капли должны пройти через металлическое кольцо, расположенное на каждом контейнере и соединенное с соседним контейнером. Таким образом, кольцо, теперь заряженное, вызывает большую концентрацию ионов (с противоположным зарядом) в своем окружении, что приводит к большему переносу зарядов в контейнер и, следовательно, к увеличению заряда в соседнем кольце. По мере увеличения сбора увеличивается концентрация зарядов в окружении колец и, следовательно, более эффективно волочение, что приводит к повторяющемуся процессу накопления заряда в контейнерах. 

    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:

    Популярные статьи:

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки



    Copyright © 2009-2022 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.