Через деякий час одна пара бляшанок заряджається позитивно, а інша - негативно. Чому? Прилад начебто симетричний. Чому ж банки заряджаються по-різному? Чому починається накопичення зарядів?
Цей прилад названий на честь його винахідника - лорда Кельвіна і є по суті альтернативним джерелом електроенергії. Створений він давним давно, в 1867 році і забутий, на мій погляд, абсолютно незаслужено. Давайте подивимося, як працює крапельниця Кельвіна і чому краплі води заряджаються по різному.
Для початку трохи про пристрій. Ось що говорить нам Вікіпедія:
Пристрій працює за принципом позитивного зворотного зв'язку. Використовується електропровідних недистильованих вода. На поверхні таких рідин знаходяться два шари орієнтованих диполів, що створює подвійний електричний шар всередині рідини. Що виникає поле концентрує біля кордонів поверхні вільні заряди. Дробящиеся краплі отримують нескомпенсований заряд. Дві металеві трубки створюють електричне поле, яке поляризує верхню банку з водою. Тому, в силу електростатичного індукції, краплі справа і зліва мають різний заряд. Вода може також литися струменем за умови, що до падіння в нижню банку вона буде розлітатися на краплі для виключення короткого замикання банок через воду. Впавши, краплі потрапляють в банку, відповідну своєму заряду, тим самим збільшують її заряд, що створює ще більшу електричне поле близько трубок, посилюючи сепарацію зарядів верхньої банки. Таким чином крапельниця Кельвіна перетворює потенційну (гравітаційну) енергію води у верхній банку в електричну енергію між двома нижніми банками. Це відбувається з дуже маленьким ККД.
Прилад необхідно відрегулювати так, щоб витікаючі з трубок цівки розбивалися на краплі приблизно на рівні верхніх банок. Спочатку, коли включають воду, одна банка має трохи більший негативний заряд, ніж інша. Яка саме з банок має більший заряд, визначається чистою випадковістю, так як початковий заряд банок обумовлений космічним випромінюванням або природною радіоактивністю.
Припустимо для визначеності, що більший негативний заряд має нижня ліва банку. Тоді, оскільки банки хрест-навхрест з'єднані між собою проводами, верхня права банку буде також мати більший негативний заряд, ніж верхня ліва. Права цівка, проходячи через верхню праву банку, поляризується. Якщо краплі утворюються саме на рівні цієї банки, то вони заряджаються позитивно, так як негативний заряд відштовхується негативно зарядженої банкою вгору по струмку. Далі ці позитивно заряджені краплі падають в нижню праву банку, і її позитивний заряд зростає.
Незважаючи на те що початкова різниця потенціалів між банками незначна, в деяких саморобних крапельницях Кельвіна вдається отримати різницю потенціалів до 15 кВ. Як бачите, навіть в простих домашніх умовах можна створити справжній електричний генератор!
Електризація рідини внаслідок її дроблення на краплі відбувається і в природних умовах, що було помічено ще в 1786 році у водоспадів Швейцарії. Заряд краплі отримують внаслідок утворення мікроскопічних крапель і розриву тих молекулярних комплексів, які були в воді. Цей ефект найбільш чітко проглядається на найбільших водоспадах світу. Так, біля водоспаду Вікторія, висота якого 133 м, а ширина потоку 1600м, напруженість поля, що виникає внаслідок дроблення крапель, досягає 25 кВ / м. У міру віддалення від водоспаду вже на відстань 1,6 км і висоті 500 м не відрізняється від звичайного поля Землі. Дробящаяся прісна вода і повітря отримують велику кількість негативних іонів. Тому їх концентрація в безпосередній близькості від водоспаду може в десятки разів перевищувати ту, яка відзначається на деякому віддаленні від нього.
Краплі дробиться морської води мають підвищений негативний заряд, так як вода тут солона. Утворення таких крапель починається вже при швидкості вітру 10 м / с. Саме тоді на море з'являються баранці. Концентрація позитивних зарядів над морем більш ніж в два рази перевищує концентрацію негативних.
Найбільший ефект спостерігається при дробленні чистої води - домішки різко його різко знижують.
Залежить ефект і від розміру крапель. Крапля в 4 мм в діаметрі при швидкості падіння дає заряд в 0,89 * 10-12 Кл / см3, а крапля, діаметр якої в десять разів менший, при швидкості падіння дає об'ємну щільність заряду в 10-13 Кл / см3. При найбільшої інтенсивності розбризкування на краплю може припадати заряд в 10-10 Кл.
Дж. Уокер "Фізичний феєрверк", Москва, "Мир", 1989