هذه التجربة المدهشة تعرفت عليها من خلال جزء من المحاضرة التى قدمها الفزيائى الرائع والتر لوين التى ألقها فى جامعة MIT
كيف تعمل التجربة؟
- ينساب الماء من الخزان العلوي عبر فتحتين.
- تنفصل المياه إلى قطرات تسقط نحو الوعائين المعدنيين C و D.
- بالقرب من مسار القطرات توجد حلقتان معدنيتان (A و B) متصلتان تبادليًا بالوعائين المقابلين.
- بسبب الشحنات العشوائية الصغيرة الموجودة دائمًا في البيئة، تكتسب بعض القطرات شحنة ضئيلة جدًا.
- يحدث تغذية راجعة موجبة (Positive Feedback):
- الشحنة المتجمعة على أحد الوعائين تؤثر في الحلقة المقابلة.
- الحلقة تشحن القطرات الجديدة بشحنة أكبر.
- القطرات تنقل هذه الشحنة إلى الوعاء الآخر.
- تتزايد الشحنات تدريجيًا على الوعائين.
- يستمر تراكم الشحنات حتى يصبح فرق الجهد بين الوعائين كبيرًا جدًا، وقد يصل إلى عدة آلاف أو عشرات الآلاف من الفولتات.
- عندما يصبح المجال الكهربائي بين القطبين أكبر من قدرة الهواء على العزل، يحدث انهيار كهربائي للهواء فتظهر شرارة لحظية.
الظاهرة الفيزيائية الأساسية
- الحث الكهروستاتيكي (Electrostatic Induction).
- فصل الشحنات بواسطة قطرات الماء.
- التغذية الراجعة الموجبة التي تضخم شحنة ابتدائية صغيرة جدًا.
- الانهيار العازل للهواء وحدوث التفريغ الشراري.
يمكن اعتبار التجربة مثالًا رائعًا على أن الطاقة الميكانيكية لسقوط الماء تتحول إلى طاقة كهربائية ساكنة.
لماذا تحدث الشرارة عند نحو 10000 فولت؟
الهواء عازل جيد، لكنه ينهار عندما يصبح المجال الكهربائي كبيرًا بما يكفي لتأيين جزيئاته. يعتمد جهد الشرارة على شكل الأقطاب والمسافة بينهما ورطوبة الهواء. لذلك قد تظهر الشرارة عند بضعة آلاف من الفولتات أو أكثر من 10 آلاف فولت حسب التصميم.
ما المدهش في التجربة؟
لا تحتاج إلى بطارية أو مصدر جهد عالٍ خارجي؛ فمجرد سقوط الماء يكفي لتضخيم شحنة ابتدائية صغيرة جدًا حتى الوصول إلى جهد مرتفع وإنتاج شرارة مرئية. ولذلك تُستخدم التجربة كثيرًا في تدريس الكهربية الساكنة والحث الكهروستاتيكي.
تعليقات
إرسال تعليق