Эксперимент с водяной нитью

Между двумя стаканами образовался плавучий водный мост.

Продолжительность: 8 секунд. 0:08

Повторение эксперимента с использованием источника постоянного тока 5 кВ. Мост продолжался до тех пор, пока в последнем кадре не отключилось электричество.

Эксперимент с водяной нитью — явление, которое происходит, когда два контейнера с деионизированной водой , помещенные на изолятор, соединяются нитью, затем высокого напряжения положительный электрический заряд к одному контейнеру прикладывается , а к другому — отрицательный. При критическом напряжении между емкостями образуется неподдерживаемый водожидкостный мостик, который сохранится даже при их разделении. Впервые об этом явлении сообщил в 1893 году в публичной лекции британский инженер Уильям Армстронг .

Мост, как видно в типичной конфигурации, имеет диаметр 1–3 мм, поэтому мост остается неповрежденным при вытягивании на расстояние до 25 миллиметров (0,98 дюйма) и остается стабильным до 45 минут. Температура поверхности также повышается с начальной температуры поверхности 20 ° C (68 ° F) до 60 ° C (140 ° F) перед разрушением.

Эксперимент

В типичном эксперименте два стакана емкостью 100 мл наполняются деионизированной водой примерно на 3 мм ниже края стакана и подвергаются воздействию постоянного тока напряжением 15 кВ , при этом один стакан становится отрицательным , а другой положительным . Накопив электрический заряд, вода самопроизвольно поднимается по нити над стеклянными стенками и образует между ними «водяной мост». Когда один стакан медленно отодвигают от другого, структура сохраняется. Когда напряжение возрастает до 25 кВ, конструкцию можно раздвинуть на 25 миллиметров (0,98 дюйма). Если нить очень короткая, то сила воды может быть достаточно сильной, чтобы вытолкнуть нить из положительного стекла в отрицательное.

Вода обычно движется от анода к катоду , но направление может меняться из-за разного поверхностного заряда, который накапливается на поверхности водного моста, что приводит к возникновению электрических сдвиговых напряжений разных знаков. Мост разбивается на капли под действием капиллярности при раздвигании стаканов на критическое расстояние или при снижении напряжения до критического значения.

Для образования мостика необходима чистая деионизированная вода , и его стабильность резко снижается по мере попадания ионов в жидкость (либо в результате добавления соли, либо в результате электрохимических реакций на поверхности электрода).

Причины

Хотя это явление еще требует дальнейшего изучения, научное сообщество согласно с тем, что поверхностная поляризация на поверхности воды при приложении сильного касательного электрического поля ответственна за необычайную стабильность системы, которая была подтверждена экспериментами, теорией и моделированием. Тот же механизм известен на протяжении десятилетий и в прошлом применялся для стабилизации жидких пленок и мостиков между нефтью и жидкостью. Некоторые предполагают, что этот мост состоит из решетки H ₃ O ₂ или воды зоны отчуждения . Однако не существует единого экспериментального доказательства или измерения таких утверждений.

Ссылки

• Марин, Альваро; Лозе, Детлеф (15 декабря 2010 г.). «Построение водных мостов в воздухе: Электрогидродинамика плавучего водного моста» . Физика жидкостей . 22 (12): 122104–122104–9. arXiv : 1010.4019 . Бибкод : 2010ФФл...22л2104М . дои : 10.1063/1.3518463 . S2CID   119215447 . Проверено 23 декабря 2010 г.
• Аэров, Артем (2011). «Почему водный мост не рушится». Физический обзор E . 84.3 (36314): 036314.arXiv : 1012.1592 . Бибкод : 2011PhRvE..84c6314A . дои : 10.1103/PhysRevE.84.036314 . ПМИД   22060499 . S2CID   29889217 .
• Моравец, Клаус (2012). «Теория воды и мостиков заряженной жидкости». Физический обзор E . 86.2 (26302): 026302–1. arXiv : 1107.0459 . Бибкод : 2012PhRvE..86b6302M . дои : 10.1103/PhysRevE.86.026302 . ПМИД   23005849 . S2CID   42770937 .
• Гонсалес, Х.; Маккласки, FMJ; Кастелланос, А.; Барреро, А. (26 апреля 2006 г.). «Стабилизация диэлектрических жидких мостиков электрическими полями в отсутствие гравитации». Журнал механики жидкости . 206 (1): 545. Бибкод : 1989JFM...206..545G . дои : 10.1017/S0022112089002405 .
• Шанкаран, Субраманиан; Сэвилл, Д.А. (апрель 1993 г.). «Опыты по устойчивости жидкого мостика в аксиальном электрическом поле». Физика жидкостей A: Гидродинамика . 5 (4): 1081–1083. Бибкод : 1993PhFlA...5.1081S . дои : 10.1063/1.858625 .
• Поллак, Джеральд. «Вода в зоне отчуждения» . Университет Вашингтона.
• Бити, Уильям (1996). «Вассерфадденский эксперимент (Водные нити)» . www.amasci.com . Проверено 20 января 2007 г.
• Хаммонд, Ричард (2006). — Ты чувствуешь Силу? . Дорлинг Киндерсли.
• Фукс, Эльмар К.; Войсетшлегер, Якоб; Гаттерер, Карл; Майер, Юджин; Печник, Рене; Холлер, Герт; Айзенкёльбль, Хельмут (21 сентября 2007 г.). «Плавучий водный мост» . Дж. Физ. Д: Прил. Физ . 40 (19): 6112–6114. Бибкод : 2007JPhD...40.6112F . дои : 10.1088/0022-3727/40/19/052 . Проверено 29 сентября 2007 г.
• Зыга, Лиза (28 сентября 2007 г.). «Вода образует плавающий «мостик» под воздействием высокого напряжения» . Новости науки . Проверено 29 сентября 2007 г.
• Понтерио, Колорадо; М. Почильский; Ф. Алиотта; К. Васи; М. Е. Фонтанелла; Ф. Сая (2010). «Измерения комбинационного рассеяния света на плавучем водном мосту» (PDF) . Журнал физики D: Прикладная физика . 43 (17): 175405. Бибкод : 2010JPhD...43q5405P . дои : 10.1088/0022-3727/43/17/175405 .
• Скиннер, LB; К. Бенмор; Б. Шьям; Дж. К. Р. Вебер; Дж. Б. Париз (2012). «Строение плавучего водного моста и вода в электрическом поле» . Учеб. Натл. акад. Наука . 109 (41): 16463–16468. Бибкод : 2012PNAS..10916463S . дои : 10.1073/pnas.1210732109 . ПМЦ   3478597 . ПМИД   23010930 .