Эксперимент с водной нитью - Water thread experiment
Эксперимент вода нить представляет собой явление , которое возникает , когда два контейнера деионизированной воды , расположенные на изоляторе, соединены резьбой, затем высокого напряжения положительный электрический заряд поступает на один контейнер, и 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 Уильяма Армстронга .
Мост, наблюдаемый 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 до примерно 3 мм ниже края стакана, и вода подвергается воздействию 15 кВ постоянного тока , с одной мензурке поворота отрицательный , а другой позитив . 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, сила воды может быть достаточно сильной, чтобы протолкнуть нить из положительного стекла в отрицательное.
Вода обычно движется от анода к катоду , 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.
Для формирования моста требуется чистая деионизированная вода , и его стабильность резко снижается, поскольку 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. Тот же механизм был известен десятилетиями и в прошлом применялся для стабилизации жидких пленок и масляных жидкостных мостиков. Некоторые предполагают, что этот мост состоит из решетки H 3 O 2 или воды из зоны отчуждения. Однако нет ни одного экспериментального доказательства или измерения таких утверждений.
использованная литература
- Марин, Альваро; Лозе, Детлеф (15 декабря 2010 г.). «Строительство водных мостов в воздухе: Электрогидродинамика плавучего водного моста» . Физика жидкостей . 22 (12): 122104–122104–9. arXiv : 1010,4019 . Bibcode : 2010PhFl ... 22l2104M . DOI : 10.1063 / 1.3518463 . S2CID 119215447 . Проверено 23 декабря 2010 .
- Аэров, Артем (2011). «Почему не разрушается водный мост». Physical Review E . 84.3 (36314): 036314. arXiv : 1012.1592 . Bibcode : 2011PhRvE..84c6314A . DOI : 10.1103 / PhysRevE.84.036314 . PMID 22060499 . S2CID 29889217 .
- Моравец, Клаус (2012). «Теория воды и заряженных жидких мостов». Physical Review E . 86.2 (26302): 026302–1. arXiv : 1107.0459 . Bibcode : 2012PhRvE..86b6302M . DOI : 10.1103 / PhysRevE.86.026302 . PMID 23005849 . S2CID 42770937 .
- González, H .; Маккласки, FMJ; Castellanos, A .; Барреро, А. (26 апреля 2006 г.). «Стабилизация диэлектрических жидких мостиков электрическими полями в отсутствие силы тяжести». Журнал гидромеханики . 206 (1): 545. Bibcode : 1989JFM ... 206..545G . DOI : 10.1017 / S0022112089002405 .
- Шанкаран, Субраманиан; Сэвилл, Д.А. (апрель 1993 г.). «Эксперименты по устойчивости жидкого мостика в осевом электрическом поле». Физика жидкостей A: Гидродинамика . 5 (4): 1081–1083. Bibcode : 1993PhFlA ... 5.1081S . DOI : 10.1063 / 1.858625 .
- Поллак, Джеральд. «Вода зоны отчуждения» . Вашингтонский университет.
- Бити, Уильям (1996). «Wasserfadden Experiment (Водные нити)» . www.amasci.com . Проверено 20 января 2007 .
- Хаммонд, Ричард (2006). "Вы чувствуете Силу?" . Дорлинг Киндерсли.
- Fuchs, Elmar C .; Woisetschläger, Jakob; Гаттерер, Карл; Майер, Ойген; Печник, Рене; Холлер, Герт; Айзенкёльбль, Гельмут (21 сентября 2007 г.). «Плавучий водный мост» . J. Phys. D: Прил. Phys . 40 (19): 6112–6114. Bibcode : 2007JPhD ... 40.6112F . DOI : 10.1088 / 0022-3727 / 40/19/052 . Проверено 29 сентября 2007 .
- Зыга, Лиза (28 сентября 2007). «Вода образует плавающий« мостик »при воздействии высокого напряжения» . Новости науки . Проверено 29 сентября 2007 .
- Понтерио, RC; М. Почильский; Ф. Алиотта; К. Васи; ME Fontanella; Ф. Сая (2010). «Измерения комбинационного рассеяния света на плавучем водном мосту» (PDF) . Журнал физики D: Прикладная физика . 43 (17): 175405. Bibcode : 2010JPhD ... 43q5405P . DOI : 10.1088 / 0022-3727 / 43/17/175405 .
- Скиннер, LB; К. Бенмор; Б. Шьям; JKR Weber; JB Parise (2012). «Строение плавучего водного моста и вода в электрическом поле» . Proc. Natl. Акад. Sci . 109 (41): 16463–16468. Bibcode : 2012PNAS..10916463S . DOI : 10.1073 / pnas.1210732109 . PMC 3478597 . PMID 23010930 .