Проект Капельница Кельвина

ИССЛЕДОВАНИЕ Капельницы Кельвина

Автор: Максимова Анастасия, ученица 11 б класса МБОУ «Траковская СОШ»

Научный руководитель: Спасова Валентина Петровна

Введение

Капельница Кельвина является генератором электростатического напряжения. Хотя устройство Капельницы Кельвина было извествно ещё в 19 веке, никто с тех пор не использовал Капелницу Кельвина как альтернативный источник энергии.

В начале исследования нами была выдвинута гипотеза: “Капельницу Кельвина можно использовать как альтернативный источник энергии”.

Актуальность

Актуальность настоящей работы обусловлена тем, что на нашей планете стремительно иссякают топливные ресурсы. Изучению альтернативных источников энергии в наше время придается огромное значение. Капельница Кельвина, являющаяся альтернативным источником энергии, позволяет преобразовывать потенциальную энергию падающих капель воды в электрическую.

Цель: Исследовать возможность преобразования статического заряда, полученного с помощью Капельницы Кельвина в электрический ток.

Задачи:

• Изучить теоретические аспекты работы Капельницы Кельвина.
• Собрать экспериментальную установку.

• Объект изучения : Генераторов электростатического напряжения
• Предмет изучения: Капельница Кельвина
• Методы исследования:  изучение литературы, социологический опрос, наблюдение, опыт, измерение, сравнение, обобщение.

Почему устройство названо именно так?

• Английский физик Уильям Томсон, которому за его заслуги перед наукой британская королева пожаловала титул лорда Кельвина, придумал в 1867 году оригинальное устройство, предназначенное для разделения электрических зарядов. Оно работает за счёт падающих капель, и поэтому его называют капельницей Кельвина. 

Исследовательская часть

• Для создания экспериментальной установки были использованы : пеноплекс, 4 банки от кофе, стержни, баночка лака для волос, кусок толстой изолированной медной проволоки, диной около полуметра.

Исследовательская часть

Я взяла кусок толстого пеноплекса и вырезала из него ножом квадратную раму размером 30×30 см. С помощью двойного скотча приклеила эту раму на подставку, а сверху приделали ещё одну пеноплексовую пластину размером 30×10 см.

Баночку лака для волос разрезали на два кольца. К ольца прикрепляются 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 надо сделать сужение, растянув их над огнём свечки. В двух верхних банках делаются отверстия на дне, и трубочки вставляются в эти отверстия так, чтобы широкие концы трубочек были направлены вверх. Места соединения банок и трубочек склеили с помощью горячего клея, т.к. 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.

Принцип работы устройства

Как же работает это замечательное устройство? Допустим, что на левой нижней банке уже имелся небольшой положительный заряд. Часть этого заряда по соединительному проводу перетекает на правый индуктор. Положительный заряд на правом индукторе притягивает к себе отрицательный заряд из правой верхней банки. Оторвавшиеся капли переносят этот отрицательный заряд в правую нижнюю банку. Часть этого заряда по соединительному проводу перетекает на левый индуктор. Отрицательный заряд на правом индукторе притягивает к себе положительный заряд из левой верхней банки. Оторвавшиеся капли переносят этот положительный заряд в левую нижнюю банку. Она заряжается сильнее, значит, сильнее заряжается и связанный с ней индуктор, и процесс разделения зарядов идёт всё быстрее и быстрее, в геометрической прогрессии, то есть с каждой каплей количество заряда в банке увеличивается в одно и то же число раз.

Почему же разделение зарядов в какой-то момент прекращается? Дело в том, что падающие заряженные капли отталкиваются от своей нижней банки, имеющей электрический заряд такого же знака, и притягиваются к индуктору, заряд которого имеет противоположный знак. Кроме того, части заряженной капли отталкиваются друг от друга, капля разрывается на мелкие капельки, которые летят мимо нижней банки. Силы тяжести уже недостаточно, чтобы разделять заряды ещё сильнее, и капельница выходит на режим насыщения. Электрическое напряжение, создаваемое таким устройством, может достигать нескольких киловольт, но накапливаемые заряды невелики, и поэтому разрядный ток не является опасным.

Неудачная установка

Моя первая установка была не рабочей , т.к. в качестве индукторов я взяла куски алюминия. Как известно, алюминий не примагничивается магнитом, значит, не может накапливать зарядов, в следствии чего, установка оказалась нерабочей.

Результаты исследования.

• Были проведены серии опытов с неизменным расстоянием между верхними трубками и нижними банками. На каждом из 10 временных отрезков, 5 раз подряд проводилось измерение разности потенциалов в Капельнице Кельвина.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследования была собрана действующая модель Капельницы Кельвина, 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.

Установка доказала возможность преобразования статического заряда накапливаемого капельницей в переменный электрический ток, что, в свою очередь, позволит использовать Капельницу Кельвина для практических нужд.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ближайшее время планируется создать модель капельницы Кельвина, которая позволила бы наглядно продемонстрировать ее работу (например, питать светодиод или газоразрядную лампу) и провести эксперименты с введением различных примесей в воду.

Также планируется изучить возможность удаления воды из нижних емкостей без утечки имеющегося на них заряда.

Список использованной литературы

• Физика: Учеб.пособие для 10-го кл. общеобразоват. Шк. с рус. яз. Обучения/В. В. Жилко, А. В. Лавриенко, Л. Г. Маркович. – Мн.: Нар. асвета, 2001. – 319 с.: ил.
• Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. Пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред. Образования / Л.А. Аксенович, Н.Н Ракина, К.С. Фарино; Под ред. К.С. Фарино. – Мн.: Адукацыя і выхаванее, 2004. – 720с.: ил.
• Физика Вселенная. Под ред. А.С. Ахматова. М., 1973 г., 432 стр. с ил.
• Физика: Учеб. Пособие для 11-го кл. учереждений, обеспечивающих получение общ. сред. образования, с рус. яз. обучения / В. В. Жилко, А. В. Лавриненко, Л. Г. Маркович. – 2-е изд.- Мн.: Нар. Асвета, 2004.-382 с.: ил.
• Краткий словарь определений и понятий физической химии (Fachausdrucke der physikalischen Chemie) перевод И. Е. СТАРИКА/ Научное химико-техническое издательство. Н.- Т. У. вснх ссср ленинград 1930
• http://ru.wikipedia.org