Капельница Кельвина: устройство, принцип действия, рекомендации по самостоятельной сборке

Попытки человечества создать вечный двигатель до сих пор не увенчались успехом. Однако в процессе поиска решения некоторым изобретателям удалось сконструировать нечто новое и интересное, имеющее определенную практическую пользу. В числе таких устройств — капельница Кельвина, названная по имени своего конструктора лорда Уильяма Томпсона Кельвина. Металлическая проволока и несколько банок с водой вступали во взаимодействие и давали некоторое количество электроэнергии — без топлива, двигателя и прочих стандартных приспособлений. Современники, жившие в середине и в конце 19 века, никак не могли понять, как можно получить электричество из перечисленного нехитрого набора. Однако замеры и лабораторные исследования показали: сконструированное Кельвином устройство накапливает статическое электричество согласно основным законам электродинамики.

Особенности действия и характеристики капельницы Кельвина

В своих попытках приблизиться к разгадке тайны вечного двигателя Кельвин сумел создать генератор электростатического напряжения, используя емкости для воды и несколько отрезков провода. Принцип работы капельницы Кельвина изумляет своей простотой: из верхней емкости через металлические кольца стекает вода, разделяясь на два потока и аккуратно разбиваясь на капли. Последнее условие обязательно. Нижние емкости соединены проводами крест-накрест. Металлические кольца в емкостях выполняют так называемую поляризацию воды: отрываясь от поверхности металла, каждая капля несет определенный заряд. А при попадании в одну из емкостей она передает свой заряд воде. Постепенно уровень заряда банок с водой увеличивается, одновременно повышая потенциал колец. Однако по мере поступления воды в нижние емкости они переполняются, а проблему отвода лишней жидкости не удалось решить до сих пор.

При условии сухости окружающего воздуха можно получить несколько тысяч вольт электроэнергии. Правда, для этого требуется соблюсти ряд условий:

• выбрать круглые емкости, чтобы в конструкции не было углов;
• выполнить изоляцию банок с водой;
• увеличить размеры устройства для повышения объемов циркулирующей воды;
• исключить капли или снизить вероятность их появления.

Проблема капельницы Кельвина, о которой в свое время много говорили оппоненты ученого, — низкий КПД устройства. Поскольку заряд капель воды невелик, говорить о промышленных объемах электричества не приходится. Тем не менее для наглядной демонстрации статического электричества конструкция Кельвина вполне пригодна. Поэтому у любителей прикладных задач по физике нередко возникает соблазн собрать ее собственными силами.

Капельница Кельвина своими руками: перечень материалов и последовательность сборки

Прежде чем заняться сборкой капельницы Кельвина своими руками, стоит уточнить для себя важный момент. Придется потратить немало времени на точную настройку конструкции, в противном случае она может оказаться лишь красивым, но бесполезным макетом. Возможно, стоит начать с модели небольшого размера и после отработки возможных проблем приступить к расчетам для более крупного генератора.

Для работы потребуются:

• нож для резки листового металла;
• несколько металлических банок из-под консервов или супов;
• стальные вешалки или отрезок изолированного провода;
• пластиковая емкость под воду;
• скотч;
• доски и остатки строительных материалов для фиксации элементов конструкции.

Последовательность этапов сборки выглядит следующим образом:

• В верхней части будущей конструкции фиксируется пластиковая емкость. В ней необходимо проделать два одинаковых отверстия, через которые будет сочиться вода. Емкость монтируется на доску, которая затем ставится на прочную опору — пустые металлические банки из-под краски.
• Изготавливаются индукторы, в которых будет происходить накопление электрического заряда. Для этого понадобятся четыре металлические банки из-под кофе, супов, напитков и т.д. В двух банках вырезается дно, т.к. поток воды будет проходить через них. В две оставшиеся банки будет поступать вода из верхней емкости. Индукторы устанавливаются по две штуки под каждую струю.

Обратите внимание: важно, чтобы потоки воды из верхней канистры проходили как можно ближе к стенкам банок, но не соприкасались с ними. Поэтому необходимо обеспечить равномерное стекание воды, исключая брызги и капли. Если длины струи недостаточно или она разбрызгивается, в верхней емкости следует чуть увеличить отверстия и добиться ровного стекания потоков.

• Металлические банки-индукторы скотчем приматывают к основе по две штуки в ряд, ориентируясь на место стекания воды.
• Пришло время заняться проводами. Если под рукой есть старые стальные вешалки, их необходимо выгнуть следующим образом:

• Можно приступать к сборке электрической цепи. Ее подключают крест-накрест, соединяя провода с помощью крючков на конце. Загнуть концы можно с помощью плоскогубцев. Взаимно зафиксировать провода можно скрепками или скотчем, чтобы они были надежно закреплены и не смещались, мешая свободному стеканию воды.
• Для усиления эффекта наглядности можно сделать искровые провода. В процессе эксплуатации капельницы между ними будет проскакивать искра, вызывая восторг далекого от физики обывателя.

Обратите внимание: важно, чтобы банки для воды и их опора были сухими. В противном случае добиться нужного эффекта не удастся. Поэтому не поленитесь еще раз отрегулировать поток воды, чтобы до минимума снизить разбрызгивание.

• После завершения сборки остается протестировать модель капельницы. В верхнюю емкость набирается вода, по мере стекания которой между искровыми проволоками будет проскакивать искра. Если ее нет, в расчетах допущена ошибка. Устранить ее можно, уменьшив расстояние между банками и потоком воды, а также проверив отсутствие заземления для нижних банок.

Убедившись в работоспособности капельницы, некоторые домашние умельцы решают использовать ее для практических целей. К конструкции подключают неоновые лампы, туманообразователи и прочие аналогичные приспособления, добиваясь их работы на бесплатном статическом электричестве. Такое устройство смотрится очень необычно и может работать достаточно долго, если не забывать откачивать излишки воды из нижних емкостей.