KELVİN SU DAMLASI ELEKTROSTATİK JENERATÖRÜ

Cihaz, İngiliz bilim insanı Lord Kelvin tarafından 1863 yılında icat edilmiştir.

Cihazın yapısı:

1.       Üst haznedeki su musluktan doldurulan, nötr yani içindeki (+) ve (-) yüklerin eşit miktarda olduğu kabul edilen bir sudur.

 2.       Bu su iki koldan çok ince bir şekilde (damla damla değil fakat damla damla olmaya yakın bir şekilde) A’ ve B’  metal halkalarının içinden geçecek şekilde aşağı doğru akmaktadır.

Not 1: A’ B’ metal halkalar plastik çubuklar (yalıtkan) ile  monte edilerek  birbirlerinden ve ortamdan yalıtılmışlardır.

3.       A’ ve B’ metal halkaların içinden geçen su alttaki A ve B kovalarına dolmaktadır.

Not 2: A ve B kovaları da  altlarındaki plexiglas (yalıtkan) tablalar ile birbirlerinden ve ortamdan yalıtılmışlardır.

4.       A kovası ile  A’ halkası ve B kovası ile B’ halkası birbirlerine  iletkenler ile (kablo) bağlanmışlardır. Bu kablolar birbirlerine uzak ve değmeyecek şekilde konumlandırılmışlardır.

Cihazın çalışması:

1.       Başlangıçta üst haznedeki  suyun nötr olduğunu kabullenirsek metal kovalara dolan suyun da nötr olması beklenir.

2.       Ancak hava ile sürtünme veya başka nedenlerle olabilecek küçük bir şarj dengesizliğinde, kovalardan biri diğerine göre daha (+) veya (-) olabilir.

Bu dengesizlik A-A’ ve B-B’ metal kaplarına elle dokunmamız, bizim üzerimizde sürtünme ile oluşabilecek elektriklenmenin bu kaplara dokunma ile geçmesi gibi günlük hayatta da deneyimlediğimiz pek çok nedenle olabilir.

3.        A kovasının çok az miktarda (+) ile yüklendiğini varsayalım. Bu durumda A’ metal halkası da (+) ile yüklüdür.. Bu durumda A’ metal halkasının hemen üzerindeki su sütunu içindeki (+) yükler halkadan uzağa yani yukarı yönde itileceklerdir.

4.        (-) yükler ise  halkaya doğru çekilecekler ve hatta bazıları ince su sütunundan (-) yüklü damlacıklar olarak koparılabilecekler ve sonuçta yerçekimi nedeniyle halkanın içinden geçerek alttaki kovaya ulaşacaklardır.  

 5.       Kovanın içindeki (-) yükler derhal kovanın dış yüzeyine çıkarlar (Gauss Kanunu).

 6.       3, 4 ve 5. maddelerde izah edildiği gibi, A’ halkası B kovasına gelen suyun daha çok (-) yüklü olarak gelmesini sağlamaktadır. A’ halkası olmasa üst hazneden çıkan su her nasılsa aynı şekilde B kovasına gelecekti. A’ halkası etkileşimle elektriklenme ile  (-) yüklü su damlacıkları oluşmasını sağladı.  A’ ve B’ halkalarına endükleyici veya endüktör diyebiliriz.

7.       Yukarıda izahatı  aynen B’ endüktörü ve A kovası için de  yaparsak, bu süreç içinde A  kovasının dış yüzeyinin daha çok  (+) ile yükleneceği görülecektir.

8.       A ve B kovalarının ve dolayısıyla A’ ve B’ endüktörlerinin daha çok yüklenmesi  bunların endükleme etkisini artıracak ve yüklenme süreci hızlanacaktır. Bu süreç içinde endüktörlerden geçen su damlalarının saçılarak endüktöre doğru yaklaştıkları gözlemlenebilir.

9.       A ve B  metal kovalarının elektriksel sığasını (kapasitansı)  C ile ve bunlar üzerinde biriken yükleri de Q ile gösterirsek bunlar üzerinde   Q/C = V  Volt bir gerilim oluşur ve bu gerilim çok yüksek değerlere çıkabilir.

10.   Kuru havada elektriğin 1 mm mesafeden atlayabilmesi için ortalama 3000 Volt olması gerekir. Aşağıda  görülen  cihazda elektrik yaklaşık 4-5 mm den atlamaktadır, bu da  küreler arasında 12000-15000 Volt oluştuğunu göstermektedir.

 Not: Alttaki resim MIT (Massachusetts Institute of Technology) laboratuvar hazırlık notları (web.mit.edu/tsg/DemoPage/D/D35/D35HTM)  sayfasından alınmıştır ve yukarıdaki Türkçe  açıklamanın hazırlanmasında referans olarak kullanılmıştır.