Принцип работы капельницы кельвина

Капельница Кельвина

 

Условие задачи:

Сконструируйте  капельницу Кельвина. Измерьте максимальное напряжение, создаваемое ею. Исследуйте зависимость этого напряжения от существенных параметров

Имеющаяся информация

 

    При  электризации через влияние нужно  к проводящему телу поднести  заряженное тело, снять заряд  с проводящего тела, удалить от  него заряженное тело, снять заряд  противоположного знака с проводящего  тела, приблизить к нему заряженное  тело и т.д.

 

 Эксперимент,  подтверждающий возможность использования  электростатической индукции для  осуществления непрерывной электризации

Обзор литературных данных

 

1867…

Конструирование и исследование капельницы Кельвина

 

 

 

 Рис.1                                                                                        Рис.3

                                                   

                                                         

 

 

                                           Рис.2

Способы обнаружения  разности потенциалов

 

      а) Соединить металлические банки проволокой, затем проволоку разрезать, оставив между разрезанными частями зазор не больше 1 мм. В темноте можно увидеть, как через этот зазор время от времени проскакивают искры.

      б) Внимательно наблюдать за каплями. Их траектории в результате действия сил притяжения к кольцам и сил отталкивания от банок могут заметно искривляться.

      в) Соединить металлические банки неоновой (газоразрядной лампочкой) - она будет периодически вспыхивать. Заметим, что нужна именно газоразрядная лампочка, которая "загорается" только при определённом напряжении, а до этого является изолятором. Обычная лампочка накаливания не годится - она является проводником и не даст накапливаться разноимённым зарядам. Аналогичная проблема может возникнуть и с электроизмерительными приборами (например, обычным школьным вольтметром).

Итоги, следующие  из наблюдений за ходом эксперимента:

 

•  вода не должна быть дистиллированной;
• лучший вариант - вода льётся струёй и при достижении  плоскости кольца разлетается на капли;
•   диаметр кольца можно уменьшать для усиления эффекта, но только до определенного предела (кольцо и пролетающая в него капля заряжены разноименно, поэтому вследствие притяжения  капля может попасть на кольцо, что нейтрализует ее и уменьшит заряд кольца);

 

• - имеет значение  используемой воды;
• - на ход процесса оказывает влияние размеры капель и интенсивность капания;
• - температура воды, вопреки ожиданиям, не оказывает очевидного влияния;
• - состояние воздуха (запыленность)  имеет значение для данного эксперимента (предполагаем, что на заряжающиеся части устройства оседают летающие вокруг пылинки противоположного знака, тем самым уменьшая заряд).

 

Результаты экспериментов  
Табл.1

 

№ группы	Особенности	Максимальное  напряжение, В
1	Две верхние  емкости  Одна  верхняя емкость	1,9 2,4
2	Вода  из крана Вода  с сахаром (5 г на 200 мл) Вода  с сахаром (10 г на 200 мл) Вода  с сахаром (15 г на 200 мл) Вода  с сахаром (20 г на 200 мл) Вода  с солью (5 г на 200 мл) Вода  с солью (10 г на 200 мл) Вода  с солью (15 г на 200 мл) Вода  с солью (20 г на 200 мл) Вода  с содой (5 г на 200 мл) Вода  с содой (10 г на 200 мл)	0,5 1,2 1,4 1,5 1,5 2,3 2,7 3,1 3,2 0,4 0,4

Продолжение табл.1

 

№ группы	Особенности	Максимальное  напряжение, В
3	Температура воды 10˚С Температура воды 15˚С Температура воды 20˚С Температура воды 30˚С Температура воды 40˚С	2,9 3,1 3,1 3,0 3,0
4	Диаметр капли 0,9 мм Диаметр капли 1,1 мм Диаметр капли 1,6 мм Диаметр капли 2,3 мм	1,9 2,1 2,2 2.2
5	1 капля  в секунду 3 капли  в секунду 5 капли  в секунду струя	2,1 2,4 2,8 3,1
6	Обычный воздух Воздух  с повышенным содержанием пыли	3,1 1,9

Выводы

 

1. Напряжение, создаваемое  капельницей Кельвина зависит  от:

     - особенностей  конструкции;

     - насыщенности  воды ионами (в случае с содой  произошло следующее: ионы кальция и магния в изобилии присутствующие в обычной водопроводной воде, сода связала в нерастворимые нейтральные карбонаты);

     - интенсивности  вытекания;

     - состояния  воздуха.

 

2. Остальные параметры  влияют на ход процесса, не  изменяя  значительно конечного  результата.

Спасибо

За внимание!