Капельница Кельвина, как альтернативный источник энергии — Информио
Уильям Томсон родился в Белфасте в семье преподавателя математики. Когда Уильяму было восемь лет, семья переехала в Глазго, который стал впоследствии местом жизни и труда знаменитого физика. Одарённый мальчик уже в десятилетнем возрасте стал студентом университета Глазго. Окончив университет Глазго, Томсон поступил в Кембриджский университет, после окончания которого по совету отца отправился в Париж для стажировки в лаборатории известного французского физика-экспериментатора А. Реньо. Томсон внёс большой вклад в развитие практических применений разных разделов науки. Он написал огромное количество работ по экспериментальной и теоретической физике. Томсон был избран почётным членом Санкт-Петербургской Академии наук. В честь него названа единица измерения абсолютной температуры – кельвин.
Одним из достижений Томсона является Капельница Кельвина, о которой пойдет речь.
Капельница Кельвина — это электростатический генератор с положительной обратной связью, работающий на индукционном принципе. Накопленный заряд поступает на индукторы и тем самым ускоряет дальнейшее разделение зарядов.
Она была изобретена лордом Кельвином в 1867 году. Ее устройство крайне просто — три емкости и два металлических кольца.
Вначале, когда включают воду, одна из банок имеет чуть больший положительный заряд, чем другие. Какая именно банка имеет больший заряд, определяется чистой случайностью, так как изначальный заряд банок обуславливается естественной радиоактивностью или космическим излучением, или статикой, оставшейся на банке после прикосновения. Кольцо, припаянное к этой банке, соответственно тоже будет иметь чуть больший положительный заряд.
Из верхней емкости в нижние вытекает два потока. Электроны в воде притягиваются положительно заряженным кольцом, так что сами капли падают в банку отрицательно заряженными. Эта банка становится отрицательно заряжена и, следовательно, капли слева становятся положительными, делая левую банку всё более положительно заряженной.
Заряд емкостей увеличивается, увеличивая потенциал колец. Тем самым, они еще сильнее поляризуют воду, увеличивая заряд капель. Благодаря этой положительной обратной связи заряд емкостей увеличивается до тех пор, пока паразитные токи утечки не остановят накопление.
Возьмем кусок толстого пеноплекса и вырежем из него ножом квадратную раму размером 30×30 см. С помощью двойного скотча приклеим эту раму на подставку, а сверху приделаем ещё одну пеноплексовую пластину размером 30×10 см.
Ещё потребуются четыре консервные банки, кусок толстой изолированной медной проволоки длиной около полуметра, две полоски жести 15×3 см и два пустых стержня от авторучки. Обе жестяные полоски надо согнуть кольцами и сшить эти кольца с помощью шила и стальных скрепок. Кольца прикрепляем к двум нижним банкам крест-накрест с помощью двух кусков проволоки, зачищенной на концах. Лучше всего соединять проволоку с жестью с помощью паяльника. Эти кольца принято называть индукторами.
На одном конце обеих трубочек от стержней сделаем сужение, растянув их над огнём свечки. В двух верхних банках проделываем отверстия на дне, и трубочки вставляем в эти отверстия так, чтобы широкие концы трубочек были направлены вверх. Места соединения банок и трубочек надо промазываем воском— они ни в коем случае не должны протекать.
Шилом проколем тонкие отверстия в раме и вставим в них трубки. Все четыре банки прикрепим к раме двойным скотчем. Далее соединяем верхние банки ещё одним куском провода, и машина готова.
Зальем в верхние банки воду и наблюдаем. Сначала вода течёт из трубочек вниз, так что струйки пролетают через индукторы. Но потом струйка под индуктором распадается на капли, которые летят во все стороны, а отдельные капли даже подлетают вверх по дуге и попадают на индуктор. Подведем к одной из нижних банок палец — она теряет свой заряд. Но заряжается снова уже через пару секунд.
Капельница Кельвина воплощает собой мечту тех, кому грезится вечный двигатель, поскольку электричество в ней рождается как бы «из ниоткуда». Конечно, этого электричества не так уж и много, но и порождающая его конструкция, честно говоря, просто примитивна. Если ее доработать, то объем производимого электрического заряда можно существенно увеличить. Однако это устройство не является вечным двигателем, поскольку не решена ключевая проблема, от которой зависит возможность практической эксплуатации капельницы. Дело в том, что установка сохраняет свою работоспособность лишь до момента заполнения нижних банок. Если отыскать способ откачки, а также способ повторного использования жидкости, то капельница Кельвина может превратиться в тот вечный двигатель, о котором так давно мечтает человечество.
Список использованных источников
- GetaClass [Электронный ресурс]: https://www.getaclass.ru/edu/kapelnica-kelvina
- Pnet [Электронный ресурс]: http://www.popadancev.net/kelvin_water_dropper/
- Wru [Электронный ресурс]: http://watta.ru/opyityi/elektrichestvo-iz-vodyi-kapelnyiy-generator-kelvina.html
- Eru [Электронный ресурс]: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/433634/Kapelnitsa_Kelvina
- Aru [Электронный ресурс]: https://www.
allremont59.ru/inzhenerka/elektrika/kapelnitsa-kelvina-eto-vechnyiy-dvigatel-kotoryiy-nado-dovesti-do-uma-tak-li-eto.html
Оригинал работы: Капельница Кельвина, как альтернативный источник энергии
Презентация к исследовательской работе «Капельница Кельвина, как альтернативный источник энергии»
Перейти к содержимому
Главная страница » Конкурсные работы участников » Физико-математические науки » Презентация к исследовательской работе “Капельница Кельвина, как альтернативный источник энергии”
Автор (ы)
Яцук Илья Владимирович
Аффилиация
ГУО “Средняя школа №40 г. Гродно”, Республика Беларусь, 10 класс
Научный руководитель
Соколовская Галина Генриховна
Аннотация
Капельница Кельвина является генератором электрической энергии. Несмотря на то, что это устройство было известно ещё в XIX в., но как альтернативный источник электрической энергии оно серьёзно не рассматривалось.
Поскольку на нашей планете стремительно иссякают топливные ресурсы, и изучению альтернативных источников энергии в наше время при-дается огромное значение, считаем наше исследование на тему «Капельница Кельвина, как альтернативный источник энергии» достаточно актуальным.
Цель: исследование возможности преобразования статического заряда, полученного с помощью Капельницы Кельвина в электрический ток.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- Изучить теоретические аспекты работы Капельницы Кельвина.
- Собрать экспериментальную установку.
- Измерить создаваемую разность потенциалов.
- Исследовать от чего зависит создаваемая разность потенциалов и максимизировать её значение.
- Усовершенствовать устройство Капельницы Кельвина для преобразования статического заряда в электрический ток.
Гипотеза исследования: Капельницу Кельвина можно использовать как альтернативный источник энергии.
Объект исследования: Капельница Кельвина.
Методы исследования:
- изучение исследовательской литературы;
- анкетирование учащихся нашей школы;
- проведение исследований;
- анализ и обобщение знаний по данной теме.
В результате исследования была собрана действующая модель Капельницы Кельвина и установлено, что на вырабатываемую ею разность потенциалов влияют: место разрыва струи на капли, качество обработки поверхностей, диаметр верхних банок, расстояние между нижними и верхними банками, время работы установки. В перспективе планируется:
- создать модель капельницы Кельвина, которая бы позволила наглядно продемонстрировать ее работу, например, питать лампу накаливания или газоразрядную лампу;
- осуществить удаление воды из нижних емкостей без утечки имеющегося на них заряда, что в свою очередь, по нашему мнению, должно обеспечить повышение разности потенциалов и возможность использования энергии устройства длительное время.
Содержание работы
Гроза лорда Кельвина — Марка:
Перейти к содержимому
Поиск
+
Проекты от Make: Magazine
Создавайте высоковольтные искры, используя в качестве источника энергии только падающую воду.
- Необходимое время: 1–3 часа
Распечатать этот проект
Соберите генератор. Сделайте искровой разрядник. Экспериментируйте!
Запустить базы.
Далее
Я сделал 2 одинаковые подставки следующим образом. Основание каждой стойки представляет собой кусок фанеры размером 6″×12″ 1⁄2″ с приклеенным сверху 1 1⁄2″ кубом обрезков 2×4, центрированным на расстоянии 2 1⁄2″ от одного конца. Найдите центр блока и просверлите 1-дюймовое отверстие с помощью лопаты или кольцевой пилы глубиной от 1⁄2″ до 3⁄4″
Я рекомендую нанести на основание водоотталкивающее покрытие: вода неизбежно попадет на основание и впитывается в древесину, если она не защищена, вызывая возможные утечки высоковольтного электричества. Вы также можете заменить пластиковую основу.
Построить трибуны.
СледующийПредыдущий
Основная колонна каждой стойки представляет собой 14-дюймовую пластиковую трубу из ПВХ диаметром 3⁄4″.
Примерно на 1⁄2″ с одного конца просверлите отверстие немного меньшего размера, чем любой крепежный винт, который у вас есть под рукой (я использовал винт с накатанной головкой 1⁄4-20 NC и биту №7) и вкрутите винт в отверстие либо с помощью метчиком или самим винтом (пластик достаточно мягкий, чтобы можно было сделать свою резьбу).
Этот винт действует как установочный винт, чтобы удерживать меньший кусок трубы внутри колонки на месте, когда вы регулируете положение капельниц.
Изготовьте рычаг для каждого индуктора из жесткой пластиковой трубки длиной 6 дюймов и внешним диаметром 3/8 дюйма. Чтобы удерживать рычаг индуктора, полностью просверлите отверстие диаметром 3/8″ в трубе колонны диаметром 3⁄4″, примерно в 2 1⁄2″ от того конца, где вы вставили винт.
Теперь сделайте ручки для капельниц. Каждое плечо состоит из 5-дюймовых и 3 1⁄2-дюймовых отрезков стандартной трубы из ПВХ диаметром 1⁄2″, скрепленных коленчатым фитингом под углом 90°.
Если вы используете 2 стандартные стеклянные пипетки, как я, просверлите отверстие диаметром 9/32″ примерно на 3⁄4″ от одного конца 5″ трубки. Возможно, вам придется немного расширить отверстие, чтобы пипетка легко скользила внутрь.
Сделать катушки индуктивности.
СледующийПредыдущий
Используйте канцелярский нож, чтобы снять всю внешнюю изоляцию и экранирование коаксиальных кабелей, чтобы добраться до центральной жилы изолированного провода. Теперь зачистите 1 дюйм изоляции с каждого конца кабеля и около 8 дюймов изоляции в середине каждого кабеля, чтобы обнажить оголенный провод.
Катушки индуктивности я сделал из катушек голого сплошного медного провода 14-го калибра, используемого для домашней электропроводки. Отрежьте 32-дюймовую проволоку и намотайте ее как пружину на отвертку, оставив по 1 1/2 дюйма на каждом конце, затем снимите катушку с отвертки. Обрежьте концы так, чтобы оба провода были на одной стороне, затем согните катушку в виде пончика, соединив два провода вместе.
Вы можете припаять 2 провода индуктора непосредственно к концу его кабеля, но вам потребуется расплавить и припаять это соединение, если вы хотите поэкспериментировать с различными индукторами, такими как медные трубки или плоские катушки.
Если вы хотите легко переключать катушки индуктивности, припаяйте штекерный разъем 0,156″ к выводам катушки индуктивности, а штекерный разъем — к выводу кабеля. Эти быстроразъемные соединения позволяют легко экспериментировать, чтобы увидеть, как различные катушки индуктивности влияют на работу генератора.
Соберите генератор.
СледующийПредыдущий
Соберите 2 стойки, протяните кабели через рычаги индуктора и с помощью горячего клея прикрепите индукторы к рычагам, чтобы индукторы были жесткими.
Намотайте оголенный провод в середине каждого кабеля и оберните каждый виток 6-дюймовым квадратом алюминиевой фольги. Каждую пластину из фольги заклиньте или прикрепите к стеклянному или пластиковому тазу так, чтобы вода капала на фольгу, и чтобы левый индуктор был соединен с правым тазом, а правый индуктор с левым тазом.
Что бы вы ни использовали для раковин, я рекомендую изолировать их от основания с помощью блока из пенопласта или большого куска трубы из ПВХ.
Соберите оставшиеся детали, как показано на схеме, и подсоедините пластиковую трубку к пипеткам от крана или резервуара для воды, например ведра.
Затем отрегулируйте все компоненты так, чтобы вода капала через катушки индуктивности, и вскоре вы получите искры, прыгающие между двумя свободными концами кабелей.
Сделать разрядник.
NextPrevious
Настоятельно рекомендую сделать искровой разрядник, так как он позволяет легко видеть электрические разряды, регулировать и измерять напряжение, генерируемое устройством, варьировать мощность и частоту искр.
Корпус искрового разрядника представляет собой отрезок 3⁄4″ трубы сортамента 20 с отрезком 1⁄2″ пластиковой трубы внутри и установочным винтом через внешнюю трубу. Установите этот винт так же, как вы делали винты с пипеткой.
Подсоедините свободные концы кабелей к круглым металлическим клеммам. Установите по одной клемме на конец каждой трубы, затем вставьте меньшую трубу в большую. С помощью винта отрегулируйте расстояние между двумя клеммами.
Эксперимент!
NextPrevious
Ваш генератор будет работать по-другому, если вы измените скорость потоков воды, конструкцию индукторов и длину разрядника. Или попробуйте изменить расстояние пипеток от индукторов или типы жидкости. Даже отверстия пипеток влияют на генератор из-за размера капель.
Этот проект чувствителен к влажности, поэтому следите за тем, чтобы окружающее пространство было как можно более сухим. Используйте обычную воду из-под крана; в нем достаточно ионов, необходимых для начала цикла зарядки. И, наконец, абсолютно необходимо, чтобы нигде в цепи не было острых точек.
Предыдущий
Искры: Вы быстро узнаете, когда генератор готов к искрообразованию, потому что поток воды меняется по мере повышения напряжения. Поток воды разбивается на капли и часто отклоняется при прохождении через индукторы.
Изменяйте искровой промежуток, чтобы получить больше искр меньшего размера или меньше больших искр.
Орбитальные капли: Чтобы увидеть, как капли воды вращаются вокруг индуктора, полностью откройте искровой разрядник и дайте заряду накопиться в индукторе как можно выше. В зависимости от освещения смотрите на индуктор под разными углами, пока не увидите крошечные капельки воды, вращающиеся вокруг индуктора, а не падающие в бассейн.
Неоновая вспышка: Неоновая контрольная лампа, используемая, например, для проверки правильности подключения электрической розетки в доме, начнет мигать, если вы прикоснетесь обеими сторонами к проводам генератора Кельвина.
Ресурсы
- Профессор физики Массачусетского технологического института Уолтер Левин объясняет капельницу Кельвина: http://videolectures.net/mit802s02_lewin… (начиная с 27:20)
- Гром, молния и капельница Кельвина: https://makezine.
com/go/kelvin
Этот проект впервые появился в 31 томе MAKE, стр. 45.
Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию.
Наши веб-сайты используют файлы cookie для улучшения вашего просмотра. Некоторые из них необходимы для основных функций наших веб-сайтов. Кроме того, мы используем сторонние файлы cookie, которые помогают нам анализировать и понимать использование. Они будут храниться в вашем браузере только с вашего согласия, и у вас есть возможность отказаться. Ваш выбор здесь будет записан для всех веб-сайтов Make.co.
Разрешить ненужные файлы cookie
Разрешить ненужные файлы cookie
Проекты К-12, эксперименты и справочная информация
Создание капельницы Кельвина: проекты K-12, эксперименты и справочная информация
  |
|
Подпишитесь на нас:
 
 
 
Политика конфиденциальности —
Карта сайта —
О нас —
Письма в редакцию
webmaster@julian T rubin.
