Баллоэлектричество

Струя воды дробится на отдельные капли. Если струю пропускать через устройство, именуемое капельницей Кельвина, конструкция которой представлена на рисунке, то через некоторое время одна банка заряжается положительно, а другая - отрицательно. Почему же симметричная система заряжается разными знаками?

Прибор устанавливается таким образом, что вытекающая вода дробилась на капли на уровне верхних банок.

Когда вода включается, одна из банок имеет заряд того или иного знака, превосходящий по величине заряд другой банки, что обуславливается различными внешними причинами, носящими чисто случайный характер. Рассмотрим для примера случай, когда нижняя левая банка имеет больший отрицательный заряд. Этот же заряд получит и соединённая с ней крест-накрест верхняя правая. Правая струйка, проходя через верхнюю правую банку поляризуется. Так как капли образуются именно на уровне этой банки, то они получают положительный заряд, так как отрицательный заряд отталкивается вверх одноименно заряженной верхней банкой. Таким образом, в нижнюю банку поступят капли, имеющие только положительный заряд. Даже при ничтожно малой разнице в исходных зарядах банок, капельница Кельвина может накопить заряд до 15 кВ.

Позже этот род электричества был назван баллоэлектричеством. Такой эффект характерен только для полярных жидкостей, то есть тех, у молекул которых центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают между собой. Подавляющее число жидкостей относится к дипольным жидкостям.

На поверхности таких жидкостей находятся два слоя ориентированных диполей, создающий двойной электрический слой внутри жидкости. Возникающее поле концентрирует у границ поверхности свободные заряды. Дробящиеся капли получают нескомпенсированный заряд.

Электризация жидкости вследствие её дробления на капли происходит и в природных условиях, что было замечено еще в 1786 году у водопадов Швейцарии. Заряд капли получают вследствие образования микроскопических капель и разрыва тех молекулярных комплексов, которые были в воде. Этот эффект наиболее чётко просматривается на самых больших водопадах Мира. Так, у водопада Виктория, высота которого 133 м, а ширина потока 1600м, напряжённость поля, возникающего вследствие дробления капель, достигает 25 кВ/м. По мере удаления от водопада уже на расстояние 1,6 км и высоте 500 м не отличается от обычного поля Земли.

Дробящаяся пресная вода и воздух получают большое количество отрицательных ионов. Поэтому их концентрация в непосредственной близости от водопада может в десятки раз превышать ту, которая отмечается на некотором удалении от него.

Капли дробящейся морской воды имеют повышенный отрицательный заряд, так как вода здесь соленая. Образование таких капель начинается уже при скорости ветра 10 м/с. Именно тогда на море появляются барашки. Концентрация положительных зарядов над морем более чем в два раза превышает концентрацию отрицательных.

Наибольший эффект наблюдается при дроблении чистой воды - примеси его резко снижают.

Зависит эффект и от размера капель. Капля в 4мм в поперечнике при скорости падения даёт заряд в 0,89*10-12 Кл/см3, а капля, диаметр которой в десять раз меньший, при скорости падения даёт объёмную плотность заряда в 10-13 Кл/см3. При наибольшей интенсивности разбрызгивания на каплю может приходиться заряд в 10-10 Кл.

1, 2 – верхние банки с вырезанным дном,
3, 4 – нижние банки,
5, 6 – проводники,
7, 8 – струйки воды,
9, 10 – вентиля или зажимы,
11 – неоновая лампочка.

Можно построить батарею, состоящую из нескольких таких схем и получить намного более сильный заряд. Использование такого электричества в практических целях (преобразование в переменное напряжение номинального тока стандартной электросети) - это вопрос технологии.