Experiment s vodní nití - Water thread experiment

Mezi dvěma kádinkami se vytvořil plovoucí vodní most.
Opakování experimentu s použitím 5 kV střídavého zdroje. Most pokračoval, dokud nebyla přerušena elektřina v posledním snímku.

The experiment s vodní nití je jev, ke kterému dochází, když dva kontejnery o deionizovaná voda, umístěné na izolátoru, jsou spojeny závitem, pak a vysokého napětí pozitivní elektrický náboj se aplikuje na jeden kontejner a záporný náboj na druhý. Při kritickém napětí se mezi kontejnery vytvoří nepodporovaný vodní kapalinový most, který zůstane, i když jsou odděleny. Tento fenomén byl poprvé zaznamenán v roce 1893 na veřejné přednášce britského inženýra William Armstrong.

Most, jak je pozorován v typické konfiguraci, má průměr 1–3 mm, takže most zůstává nedotčený, když je zatažen až na 25 milimetrů (0,98 palce), a zůstává stabilní až 45 minut. Povrchová teplota také stoupá z počáteční povrchové teploty 20 ° C (68 ° F) až na 60 ° C (140 ° F) před rozpadem.

Experiment

V typickém experimentu dva 100 ml kádinky jsou naplněny deionizovanou vodou zhruba 3 mm pod okraj kádinky a voda je vystavena 15 kV stejnosměrný proud, s otáčením jedné kádinky záporný, a ostatní pozitivní. Po vybudování elektrického náboje pak voda spontánně stoupá podél niti přes skleněné stěny a vytváří mezi nimi „vodní most“. Když je jedna kádinka pomalu odtlačována od druhé, struktura zůstává. Když napětí stoupne na 25 kV, lze konstrukci od sebe odtrhnout až na 25 milimetrů (0,98 palce). Pokud je nit velmi krátká, pak může být síla vody dostatečně silná, aby vtlačila nit z pozitivního skla do negativního skla.

Voda obvykle cestuje z anoda na katoda, ale směr se může lišit v důsledku odlišného povrchového náboje, který se hromadí na povrchu vodního mostu, což bude generovat elektrické smykové napětí různých znaků. Můstek se rozpadá na kapičky v důsledku kapilárního působení, když jsou kádinky roztaženy v kritické vzdálenosti nebo je napětí sníženo na kritickou hodnotu.

Most musí být čistý, deionizovaná voda vznikající a jeho stabilita se dramaticky sníží, když se do kapaliny zavádějí ionty (buď přidáním soli nebo elektrochemickými reakcemi na povrchu elektrody).

Příčiny

I když tento fenomén je třeba ještě dále studovat, vědecká komunita souhlasí s tím, že polarizace povrchu na vodní hladině při použití vysokého tečného elektrického pole je zodpovědná za mimořádnou stabilitu systému, což bylo potvrzeno experimenty, teorií a simulacemi.[1][2][3] Stejný mechanismus je znám již desítky let a v minulosti byl používán ke stabilizaci kapalných filmů a olejových kapalných mostů.[4][5] Někteří spekulovali, že tento most je tvořen mřížkou H3O2 nebo vodou ve výlučné zóně.[6] Ale do dnešního dne neexistuje jediný experimentální důkaz nebo měření takových tvrzení.

Reference

  1. ^ Marín, Álvaro G .; Lohse, Detlef (2010). „Stavba vodních mostů ve vzduchu: Elektrohydrodynamika plovoucího vodního mostu“. Fyzika tekutin. Publikování AIP. 22 (12): 122104–122104–9. arXiv:1010.4019. Bibcode:2010PhFl ... 22l2104M. doi:10.1063/1.3518463. ISSN  1070-6631.
  2. ^ Aerov, Artem A. (20. září 2011). "Proč se vodní most nezhroutí". Fyzický přehled E. 84 (3): 036314. arXiv:1012.1592. Bibcode:2011PhRvE..84c6314A. doi:10.1103 / physreve.84.036314. ISSN  1539-3755. PMID  22060499.
  3. ^ Morawetz, K. (2. srpna 2012). „Teorie mostů vody a nabitých kapalin“. Fyzický přehled E. Americká fyzická společnost (APS). 86 (2): 026302. arXiv:1107.0459. Bibcode:2012PhRvE..86b6302M. doi:10.1103 / physreve.86.026302. ISSN  1539-3755. PMID  23005849.
  4. ^ González, H .; Mccluskey, F. M. J .; Castellanos, A .; Barrero, A. (1989). „Stabilizace dielektrických kapalných můstků elektrickými poli bez gravitace“. Journal of Fluid Mechanics. Cambridge University Press (CUP). 206 (–1): 545–561. Bibcode:1989JFM ... 206..545G. doi:10.1017 / s0022112089002405. ISSN  0022-1120.
  5. ^ Sankaran, Subramanian; Saville, D. A. (1993). "Experimenty se stabilitou kapalinového můstku v axiálním elektrickém poli". Fyzika tekutin A: Dynamika tekutin. Publikování AIP. 5 (4): 1081–1083. Bibcode:1993PhFlA ... 5.1081S. doi:10.1063/1.858625. ISSN  0899-8213.
  6. ^ Pollack, Geralde. „Voda ve vyloučené zóně“. University of Washington.Voda ve vyloučené zóně