基本介紹
- 中文名：滴水起電機
- 外文名：Kelvin Water Drop
- 性質：靜電產生器
- 學科：機械工程
簡介,裝置結構,工作原理,
簡介
滴水起電機，又名開爾文滴水發電機（英文：Kelvin Water Drop）是英國科學家開爾文於1867年所發明的一種靜電產生器。開爾文利用這種裝置，作為他的水墜冷凝器。該裝置利用水滴滴落過程中對電壓差的正反饋作用和水中正負離子對由電偶極子產生的靜電場的靜電感應作用來形成電壓差。
水滴可能偶然地把極微量的電荷帶給金屬水桶，由於裝置結構的巧妙設定，形成正反饋，電荷積累量隨時間呈指數增長，短時間內在兩桶間形成極高的電勢差。
水滴管裝置有時也被稱為克氏滴水發電機，開爾文的靜電發生器，或開爾文勳爵的雷暴。
裝置結構
滴水起電機的簡易裝置如圖1所示。上方水桶有兩個孔用來滴水（或其他液體），每個孔流出水滴各自通過一個導電環流到相應的桶里。每個桶必須是相互和與周圍其他物體電氣相互隔離。左側的桶通過電線與右側的導電環相連線導通，同樣右側的桶通過電線與左側的導電環相連線導通。重要的是，每個環放置於第一滴水滴過的位置附近。
如果桶是金屬的，導線可以直接連線到水桶。否則，每條線的線尾要放到桶的底部，以保證接觸到水。
圖1 裝置結構示意圖工作原理
此裝置的每一部分開始時幾乎都不帶電，由於水中有正負離子（正負電荷），水滴可能偶然地把極微量的電荷帶給金屬水桶，造成水桶帶有微量電荷。任何一個桶獲得少量的不平衡電荷，就足以開始充電過程。
假設左邊桶獲得正電荷，則與之相連的右邊導電環也有一定的正電荷。由於靜電感應作用，右手導電環上的正電荷，會吸引負電荷到右邊的水流中。右邊的水滴會攜帶負電荷滴落，最終滴到右邊的桶內，使右邊的桶所帶負電荷增加積累，從而又使與之相邊的左邊導電環也帶負電荷，它將會吸引正電荷到左邊的水流中。當水滴落到桶內，他們各自攜帶的正負電荷就會轉移到鐵桶上並積累。
因此，正電荷由於左邊導電環的吸引作用被吸引到左邊水流，使左邊鐵桶攜帶正電荷不斷積累。負電荷被吸引到右側水流，使右邊鐵桶攜帶負電荷不斷積累。這個正反饋過程使每個桶和導電環獲得更多的電荷，形成更強的靜電感應，如此這般積少成多，循環進行，電荷分離速度逐步加快電荷積累量隨時間呈指數增長，一會兒便能在兩根金屬桶之間建立起一萬五千伏以上的高電壓。
最後，當兩個金屬水桶之間達到高電壓時，可能會看到一些效果。電火花可能會瞬時在的兩個桶或環的圓弧之間產生，從而降低每個桶上的電荷；或者如果這是種情況不容易發生，水桶將擊碎向他們滴下的水滴，並可能使帶同種電荷的水滴落不到下面的金屬桶內，從而形成向上飛濺的水珠；或者電荷足夠大時，水滴也可能被吸引到帶異種電荷的導電環上發生中和，使帶電量暫時下降。這些影響都將限制裝置達到電壓的極限。
從能量轉化或轉移的角度來看，靜電的能量來自於讓水滴下降所釋放的引力能量。大部分能量轉化為內能浪費，例如當水滴滴在水桶里的時候。
該儀器可以擴展到兩個以上的水滴流。
出現在許多早期的教科書中的樣式