Этот прибор назван в честь его изобретателя - лорда Кельвина и является по сути альтернативным источником электроэнергии. Создан он давным давно, в 1867 году и забыт, на мой взгляд, совершенно незаслуженно. Давайте посмотрим, как работает капельница Кельвина и почему капли воды заряжаются по разному.
Для начала немного об устройстве. Вот что говорит нам Википедия:
Устройство работает по принципу положительной обратной связи. Используется электропроводная недистиллированная вода. На поверхности таких жидкостей находятся два слоя ориентированных диполей, создающий двойной электрический слой внутри жидкости. Возникающее поле концентрирует у границ поверхности свободные заряды. Дробящиеся капли получают нескомпенсированный заряд. Две металлические трубки создают электрическое поле, которое поляризует верхнюю банку с водой. Поэтому, в силу электростатической индукции, капли справа и слева имеют разный заряд. Вода может также литься струёй при условии, что до падения в нижнюю банку она будет разлетаться на капли для исключения короткого замыкания банок через воду. Упав, капли попадают в банку, соответствующую своему заряду, тем самым увеличивают её заряд, что создаёт ещё большее электрическое поле около трубок, усиливая сепарацию зарядов верхней банки. Таким образом капельница Кельвина преобразует потенциальную (гравитационную) энергию воды в верхней банке в электрическую энергию между двумя нижними банками. Это происходит с очень маленьким КПД.
По сути устройство представляет собой две пары жестяных банок, расположенных друг над другом. Эти пары по диагонали соединены проводами. Над верхними банками располагаются патрубки, по которым проходят капли воды. Вода капает сквозь верхние банки и скапливается в нижних, для чего в верхних банках нарушено дно. Чтобы заизолировать банки друг от друга, их можно поставить на куски сухого стекла.
Прибор необходимо отрегулировать так, чтобы вытекающие из трубок струйки разбивались на капли примерно на уровне верхних банок. Вначале, когда включают воду, одна банка имеет чуть больший отрицательный заряд, чем другая. Какая именно из банок имеет больший заряд, определяется чистой случайностью, так как изначальный заряд банок обусловлен космическим излучением или естественной радиоактивностью.
Допустим для определенности, что больший отрицательный заряд имеет нижняя левая банка. Тогда, поскольку банки крест-накрест соединены между собой проводами, верхняя правая банка будет также иметь больший отрицательный заряд, чем верхняя левая. Правая струйка, проходя через верхнюю правую банку, поляризуется. Если капли образуются именно на уровне этой банки, то они заряжаются положительно, так как отрицательный заряд отталкивается отрицательно заряженной банкой вверх по струйке. Далее эти положительно заряженные капли падают в нижнюю правую банку, и ее положительный заряд возрастает.
Несмотря на то что начальная разность потенциалов между банками ничтожна, в некоторых самодельных капельницах Кельвина удается получить разность потенциалов до 15 кВ. Как видите, даже в простых домашних условиях можно создать настоящий электрический генератор!
Факт в тему
Электризация жидкости вследствие её дробления на капли происходит и в природных условиях, что было замечено еще в 1786 году у водопадов Швейцарии. Заряд капли получают вследствие образования микроскопических капель и разрыва тех молекулярных комплексов, которые были в воде. Этот эффект наиболее чётко просматривается на самых больших водопадах мира. Так, у водопада Виктория, высота которого 133 м, а ширина потока 1600м, напряжённость поля, возникающего вследствие дробления капель, достигает 25 кВ/м. По мере удаления от водопада уже на расстояние 1,6 км и высоте 500 м не отличается от обычного поля Земли. Дробящаяся пресная вода и воздух получают большое количество отрицательных ионов. Поэтому их концентрация в непосредственной близости от водопада может в десятки раз превышать ту, которая отмечается на некотором удалении от него.
Капли дробящейся морской воды имеют повышенный отрицательный заряд, так как вода здесь соленая. Образование таких капель начинается уже при скорости ветра 10 м/с. Именно тогда на море появляются барашки. Концентрация положительных зарядов над морем более чем в два раза превышает концентрацию отрицательных.
Наибольший эффект наблюдается при дроблении чистой воды - примеси резко его резко снижают.
Зависит эффект и от размера капель. Капля в 4мм в поперечнике при скорости падения даёт заряд в 0,89*10-12 Кл/см3, а капля, диаметр которой в десять раз меньший, при скорости падения даёт объёмную плотность заряда в 10-13 Кл/см3. При наибольшей интенсивности разбрызгивания на каплю может приходиться заряд в 10-10 Кл.
Источники:
Дж. Уокер "Физический фейерверк", Москва, "Мир", 1989
Новожилов Ю.Н.