WikiDer > Эксперимент с водной нитью

Water thread experiment
Между двумя стаканами образовался плавучий водяной мост.
Повторение эксперимента с использованием источника переменного тока 5 кВ. Мост продолжался до тех пор, пока в последнем кадре не отключили электричество.

В эксперимент с водяной нитью это явление, которое возникает, когда два контейнера деионизированная вода, размещенные на изоляторе, соединяются нитью, затем высокое напряжение положительный электрический заряд приложен к одному контейнеру, а отрицательный заряд - к другому. При критическом напряжении между контейнерами образуется неподдерживаемый водно-жидкостный мостик, который остается, даже когда они разделены. Впервые об этом явлении было сообщено в 1893 году в публичной лекции британского инженера. Уильям Армстронг.

Мост в типичной конфигурации имеет диаметр 1–3 мм, поэтому мост остается неповрежденным при растяжении до 25 миллиметров (0,98 дюйма) и остается стабильным до 45 минут. Температура поверхности также повышается от начальной температуры поверхности 20 ° C (68 ° F) до 60 ° C (140 ° F) перед разрушением.

Эксперимент

В типичном эксперименте два 100 мл мензурки заполнены деионизированной водой примерно на 3 мм ниже края стакана, и вода подвергается воздействию 15 кВ постоянный ток, с одним поворотным стаканом отрицательный, и другие положительный. После накопления электрического заряда вода самопроизвольно поднимается по нити над стеклянными стенками и образует между ними «водяной мост». Когда один стакан медленно отодвигается от другого, структура остается. Когда напряжение поднимается до 25 кВ, конструкцию можно развести на 25 миллиметров (0,98 дюйма). Если нить очень короткая, то сила воды может быть достаточно сильной, чтобы протолкнуть нить из положительного стекла в отрицательное.

Вода обычно поступает из анод к катод, но направление может меняться из-за разного поверхностного заряда, который накапливается на поверхности водяного моста, что создает электрические напряжения сдвига разных знаков. Мост разбивается на капли из-за капиллярного действия, когда стаканы разводятся на критическое расстояние или когда напряжение снижается до критического значения.

Мосту нужен чистый, деионизированная вода образуются, и его стабильность резко снижается по мере того, как ионы вводятся в жидкость (либо путем добавления соли, либо в результате электрохимических реакций на поверхности электрода).

Причины

Хотя это явление все еще требует дальнейшего изучения, научное сообщество соглашается с тем, что поверхностная поляризация на поверхности воды при приложении сильного касательного электрического поля ответственна за необычайную стабильность системы, что было подтверждено экспериментами, теорией и моделированием.[1][2][3] Тот же механизм был известен в течение десятилетий и в прошлом применялся для стабилизации жидких пленок и масляных жидкостных мостиков.[4][5] Некоторые предполагают, что этот мост состоит из решетки H3O2 или воды из зоны отчуждения.[6] Но по сей день нет ни одного экспериментального доказательства или измерения таких утверждений.

Рекомендации

  1. ^ Марин, Альваро Дж .; Лозе, Детлеф (2010). «Строительство водных мостов в воздухе: Электрогидродинамика плавучего водного моста». Физика жидкостей. Издательство AIP. 22 (12): 122104–122104–9. arXiv:1010.4019. Bibcode:2010ФФл ... 22л2104М. Дои:10.1063/1.3518463. ISSN 1070-6631.
  2. ^ Аэров, Артем А. (20 сентября 2011 г.). «Почему водный мост не разрушается». Физический обзор E. 84 (3): 036314. arXiv:1012.1592. Bibcode:2011PhRvE..84c6314A. Дои:10.1103 / Physreve.84.036314. ISSN 1539-3755. PMID 22060499.
  3. ^ Моравец, К. (2 августа 2012 г.). «Теория воды и заряженных жидких мостов». Физический обзор E. Американское физическое общество (APS). 86 (2): 026302. arXiv:1107.0459. Bibcode:2012PhRvE..86b6302M. Дои:10.1103 / Physreve.86.026302. ISSN 1539-3755. PMID 23005849.
  4. ^ González, H .; Mccluskey, F. M. J .; Castellanos, A .; Барреро, А. (1989). «Стабилизация диэлектрических жидких мостиков электрическими полями в отсутствие силы тяжести». Журнал гидромеханики. Издательство Кембриджского университета (CUP). 206 (–1): 545–561. Bibcode:1989JFM ... 206..545G. Дои:10.1017 / s0022112089002405. ISSN 0022-1120.
  5. ^ Шанкаран, Субраманиан; Сэвилл, Д. А. (1993). «Эксперименты по устойчивости жидкого мостика в аксиальном электрическом поле». Физика жидкостей A: гидродинамика. Издательство AIP. 5 (4): 1081–1083. Bibcode:1993ФФЛА ... 5.1081С. Дои:10.1063/1.858625. ISSN 0899-8213.
  6. ^ Поллак, Джеральд. «Вода зоны отчуждения». Вашингтонский университет.Зона отчуждения Вода