Macchine elettrostatiche - Kelvin water dropper
Si chiama Kelvin water dropper. Vi dico come è strutturato, il principio vi dico per ora che è l'induzione elettrostatica, se magari non vi viene in mente il meccanismo lo posso spiegare ma è semplice. Non esiste un anodo nè un catodo, la scintilla scocca comunque raggiunta la tensione di breakdown dell'aria (o del vuoto se si esegue la scintilla nel vuoto, nel vuoto vale 3000 kV/m).
Prima uno schema, scusate il paint:

[Immagine: immagineavq.jpg]

Il blocco A ed il blocco B sono simmetrici ed identici, non sono collegati fisicamente tra loro. Ogni blocco è composto da un tubo metallico aperto attraverso il quale scorre il filo d'acqua e da un contenitore metallico collegato fisicamente al tubo dell'altro blocco. Quando nei contenitori in basso si è accumumulata abbastanza carica scocca la scintilla, inizialmente è impossibile dire quale sarà caricato positivamente e quale negativamente, la natura (o il caos se volete) deciderà all'inizio quale dei due sarà positivo e quale negativo.
Si possono suddividere 3 fasi principali:
1) Inizialmente l'acqua scorre a filo e inizia il fenomeno di carica, è qui che uno dei due contenitori diventa positivo o negativo
2) La carica continua ad accumularsi nei contenitori, il filo d'acqua comincia ad "allargarsi" a forma di cono (si suddivide in gocce visibilmente distinte)
3) Una volta raggiunto il potenziale necessario per rompere il dielettrico (aria o vuoto o quello che ci mettete nello scintillatore) scocca la scintilla, dalla distanza potete ricavarvi il potenziale che tipicamente è dell'ordine della decina di kV. L'acqua improvvisamente torna a scorrere a filo omogeneo e tutto ha di nuovo inizio.

Non ci sono potenziali esterni applicati, l'energia della scintilla elettrica proviene dall'energia cinetica delle molecole d'acqua che passano attraverso il tubo e cadono per gravità.
A conti fatti l'energia meccanica (potenziale inizialmente e cinetica nella caduta delle gocce) viene convertita in energia elettrica.

Un video che mostra qualcosa di quello che ho detto.

http://www.youtube.com/watch?v=MR2Quj2isIo
Cita messaggio
[-] I seguenti utenti ringraziano Rusty per questo post:
quimico, al-ham-bic, jobba, arkypita
Molto interessante.
Il collegamento incrociato "autoaccelerante" mi ricorda la macchina di Wimshurst (che conosco per esperienza diretta...) e vedo che si potrebbe ottenere molto di più solo curando la parte realizzativa cercando di minimizzare l'effetto corona, che è fondamentale in questi casi.
Giustamente hai detto "acqua pura" nel senso dielettrico, resta da vedere la diminuzione di resa con acqua "normale", ma credo che dovrebbe funzionare lo stesso.
Me la segno e a tempo debito provo a fare anche questa macchinetta!  si si
Thanks Rusty!
Cita messaggio
Mi fa piacere che vi sia piaciuta, è una "macchinetta" molto semplice ed usata talvolta nella didattica per spiegare il fenomeno dell'induzione. Per chi volesse realizzarla posso dare qualche piccolo consiglio.
La parte più critica è trovare la giusta distanza tra i rubinetti e la parte superiore dei tubi, se è troppa non si innescherà la separazione di carica, inoltre bisogna trovare la giusta portata d'acqua.
Considerate che per una distanza di circa 5 mm avremo una scarica di circa 10-15 kV (di potenziale, scordatevi corrente! stiamo parlando di scariche elettrostatiche).

A presto :-P
Cita messaggio
Nel caso del video non si capisce la distanza dell'ugello dal punto superiore del tubo (tu hai dati più precisi?); un'altra cosa strana è la grande distanza (assurda secondo me perchè porta notevoli perdite per effetto corona) tra un elettrodo e l'altro, con gran svolazzo di fili, idem il bordo tagliente degli elettrodi inferiori... però l'elettrizzazione e la spark si vede...
E' chiaro che si parla solo di tensione, la corrente sarà di qualche decina di nA!
Cita messaggio
Si in effetti il video l'ho caricato ma non l'ho guardato attentamente tutto, l'ho scelto al volo per mostrare a grandi linee il funzionamento.
La distanza tra il rubinetto e la parte superiore del tubo andrebbe presa per tentativi, ma non è difficilissimo: per iniziare potresti misurare la distanza in orizzontale tra i due tubi (o quella tra i due rubinetti) e dividere questa distanza per quattro, questa è una distanza ragionevole perchè si inneschi il meccanismo. Ad esempio se la distanza tra i rubinetti (che sono a filo dei tubi rispettivi) è di 40 cm, usa inizialmente 10 cm tra i rubinetti e la parte superiore dei tubi... se non si innesca basta man mano avvicinarli.
Conta che l'acqua pura deve scorrere dalla stessa fonte, la parte sovrastante è infatti parte integrante della macchina, non funzionerebbe se i rubinetti portassero acqua da fonti diverse, funziona solo se il tubo orizzontale sovrastante è montato nel modo in figura, con l'acqua che entra e si suddivide tra i due rubinetti.
Per abbassare un minimo l'effetto corona non usare punte (inizialmente) ma sfere metalliche o forme meno spigolose possibili (meglio di una sfera? :-P ), la distanza iniziale puoi impostarla poi a piacimento a partire da 1-2 mm cercando poi di allargare finchè puoi... arriverai ad un certo punto che la scintilla non scocca più, questo è dovuto, tra le altre cose, alla quantità di carica che possono contenere i tuoi contenitori, che è chiaramente limitata dalla loro geometria (un po' come i piatti di un condensatore, se vogliamo vederla in questo modo) che ha un limite superiore.
Credo che la maggior parte delle cose che ho detto saranno arcinote per te ma volevo dirle ugualmente magari per qualcuno che le ignora :-P
Non preoccuparti, la storia della corrente era riferita a quanti qui sul forum confondono corrente con tensione, non certo a te Al Rolleyes

Un piccolo spunto.
Provare diverse forme per i contenitori, che accumulano la carica, cercando di trovare la forma più efficiente in termini di spazio occupato / carica accumulata.
Provare diverse forme per le punte: sfere, piatti, dadi, punte coassiali... sbizzarritevi; provare se volete diversi dielettrici.
Una cosa che non ho mai fatto è sostituire l'acqua con qualcos'altro, penso che una maggiore concentrazione di H+ aumenti l'induzione ma questo si rifletterebbe sulla frequenza delle scintille (maggiore) e non sul potenziale di breakdown... insomma si caricherebbero e scaricherebbero più velocemente i contenitori.

Buon lavoro! :-)
Cita messaggio
La discussione sta scivolando verso l'elettrostatica, ma è sempre attinente (eventualmente questi ultimi post potrebbero essere spostati in elettronica con titolo Macchine elettrostatiche).

OK quanto hai detto, 40 cm tra i due elettrodi mi sembra una distanza ragionevole; però mi pare che l'ugello sia addirittura DENTRO il tubo, non a qualche cm di altezza, o mi sbaglio?
Poi mi dico che se funziona con quei fili, i coccodrilli e i piattini, a maggior ragione dovrebbe funzionare con collegamenti brevi e arrotondati (tubi Cu 8 mm), semisfere di raccolta e altri accorgimenti.
Questa macchinetta l'avevo vista descritta (ma tu l'hai schematizzata meglio!) molti anni fa su un libretto che ho ancora di A.Moore, il mago dell'elettricità statica.
Per la distanza di scarica è determinante la FORMA dello spinterometro, il max si ottiene quando il medesimo è formato da due sfere, non da due punte.
Per la mia Wim. ho usato due sfere da un inch di diametro, a diametro minore corrisponde maggior effetto corona di perdita.
Dico anch'io queste cose perchè magari a qualcuno potrebbero interessare.
(Da tempo ho in progetto di fare una piccola Van der Graaf, prima o poi devo lasciar perdere le sintesi e decidermi a partire per altri lidi... asd)

Ultima cosa: perchè dici che con acqua acida (H+) dovrebbe aumentare l'induzione? A mio modo di vedere è proprio il contrario: acqua distillatissima! Mah, vedremo...
Cita messaggio
Il video più lo guardo e più non mi piace :-P
In effetti l'ugello è quasi dentro il tubo, saranno si e no un paio di cm... noto ora che i contenitori di raccolta sono dei piatti praticamente, la capacità di una forma simile, con quegli spigoli sul bordo, è la peggiore che potessero trovare. Si dovrebbe trovare una forma di contenitore con spigoli più arrotondati possibili.
La storia del pH io la vedevo diversamente. Considerando il meccanismo di induzione che genera la separazione della carica nella goccia che cade, aggiungendo ioni H+ dovrei avere una goccia che è più simile ad un dipolo più che ad un corpo neutro, e questo sbilanciamento dovrebbe agevolare la separazione della carica abbassando i tempi complessivi (si separano meglio e più velocemente)... poi è tutto da vedere.
Più tardi se ce la faccio faccio uno schema del meccanismo dal punto di vista elettrostatico del tutto, che magari può fugare qualche dubbio o incomprensione... mi accorgo solo ora che non l'ho ancora fatto azz!

Anche io splitterei, aspettiamo i mod *Fischietta*
Cita messaggio
Fatto :-) Ditemi se va bene, altrimenti cambio titolo (o sezione)...
Cita messaggio
Estremamente interessante!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Cita messaggio
Max, è tutto perfetto, thanks; e se piace anche a Chimico continuiamo... :-P

Rusty la storia della conduttività dell'acqua mi lascia sempre perplesso, poichè a parer mio in questo caso il flusso idrico corrisponde nè più nè meno che al nastro in una VdG. Però non voglio precludere le tue argomentazioni, anzi sarebbe interessante vedere se questa macchina funzionerebbe, ragionando al limite, col mercurio (e non lo escludo proprio!).
Il mio primo post nasce dal fatto che mi ha meravigliato che funzionasse così bene, con quei piattini affilati... ma ritengo che sia sicuramente è un video attendibile; se funziona così, come dicevo, si può far di meglio con tanti accorgimenti.
Vai coi dipoli... poi l'esperienza pratica in questi casi è sovrana!

Cita messaggio




Utenti che stanno guardando questa discussione: 1 Ospite(i)