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开尔文静电发生器

作者:dolphin时间:2016-10-14

这个精巧的设备是由英国的开尔文勋爵发明的,仅用几个罐子和几根电线组合的装置,透过水滴能获取到数千伏特以上的静电。

我们先看一段视频,请注意看阀门打开以后水滴的变化,特别是视频的后几秒。

看到没有,刚开始的时候,水滴顺利的往下流,随着时间的推移,水流开始分叉,很多小水滴奇妙的向上翻飞。

为什么会这样呢?

这个时候如果我们将一个小氖灯接触底部的金属容器,就会看到氖灯瞬间闪亮,证明下面的金属容器是带电的。

上面出现的水滴翻飞的现象原来是电荷产生的效果。

kelvin_water_drop_generator04.png

整个过程如下:

假设最初由于某种原因左下侧的容器带上了正电,同时与它连接的铜管也带上了同样的正电荷。

kelvin_water_drop_generator01.png

由于静电感应的原因,右上角的容器中的流出的水滴被右侧铜环上的正电荷影响,带上了负电荷。

kelvin_water_drop_generator02.png

负电荷随着水滴在右下角的容器聚集,使得左侧的铜环带上了负电荷,同理,左上角的容器中流出的水滴由于静电感应的原因带上了正电荷。

这样左下角的容器中的正电荷越来越多,右下角容器中的负电荷越来越多,形成了一个良好的正反馈。这种正反馈过程在水滴不断滴落的作用下可使下面两个容器电位差高达数千甚至数万伏。

从下图我们可以看到水滴和它经过的铜管是电荷相反的,异性相吸的原则就使得一些小水滴在电场的作用下反重力而行了,就如视频中的效果。

kelvin_water_drop_generator03.png

最后我们来说说神秘的某种原因:

一说是由水流和喷头的摩擦产生了电荷。

另一说是由于水解离的离子或是水中其它电解质解离的离子影响了水的电中性。

第一种说法不太好验证,第二种理论是目前普遍被认可的,从水可以导电这个事实来看,水中间是存在自由电子。

这个奇妙的装置伟大之处在于它通过巧妙的设计,将自然界中微小的不平衡利用起来,形成良好的正反馈,从而产生了一个巨大的正负系统。有兴趣的朋友动手做一个开尔文静电发生器体验一下吧!要注意保持底部容器和环境的绝缘,另外选择天气干燥的时候进行实验。



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