Princip delovanja

Kelvinov kapljač je naprava, s katero lahko ustvarimo visoke enosmerne napetosti. Deluje na podlagi majhnega neravnovesja električnega naboja, ki se pojavi povsod, čeprav je snov na zunaj električno nevtralna.

Shema kelvinovega kapljača.

Voda iz enega samega vira je usmerjena v dva ločena kovinska lončka. Tok vode je natančno določen: voda mora kapljati, preden pa posamezna kapljica pade v lonček, prečka kovinski obroč, ki je nameščen nad vsakim lončkom. Vsak obroč mora biti blizu točki, kjer voda izteka. Če bodo skozenj potovale samo kapljice, ne bo želenega učinka. Vsak obroček je z žico povezan z nasprotnim lončkom, med žicama pa ni povezave.

Prav tako mora biti vsak lonček povezan s palico, na kateri se ustvarja naboj. Konca palice vsakega lončka morata biti blizu skupaj, saj se tam ustvari iskra. Potencialna razlika med potencialoma na pozitivnem in negativnem delu kapljača naraste do te mere, da se kapljač razelektri. To vidimo tako, da se med palicama ustvari iskra. Iskra preskakuje periodično.

Razdaljo med koncema palic lahko spreminjamo: bližje kot sta konca, hitreje bo prišlo do preboja.

Ob normalnih razmerah je naboj v vodi nevtralen, ione dobimo od soli, raztopljene v vodi. Nekateri ioni so pozitivno nabiti (kationi), drugi pa negativno (anioni) in so tipično v ravnovesju. Če se v bližini vode pojavi električno nabit objekt, se bodo ioni ločili v dve skupini. Tisti z nasprotnim predznakom naboja se bodo porazdelili bližje temu objektu, drugi pa čim dlje stran. To je glavni princip delovanja kelvinovega kapljača.

Predstavljajmo si, da rahlo negativno nabita kapljica vode pade skozi levi obroč (tako kot na skici). Elektroni v obroču so zaradi negativnega naboja kapljice 'odrinjeni' stran, pomaknejo se po žici, s katero je obroč povezan z desnim lončkom. Tako je sedaj levi obroč nabit rahlo pozitivno, s tem pa še bolj privlači negativne kapljice. Ko nove kapljice padajo skozi ta obroč, vsaka samo še poveča učinek. Ko naša negativna kapljica pade v lonček, prenese svoj naboj na lonček, tako da imamo pod pozitivno nabitim obročkom negativen lonček. Ključno je, da istočasno padajo v drugi lonček pozitivne kapljice in je zato skupen naboj na tej palici (in obroču) vse bolj pozitiven.

Ravno obratno pa se dogaja na desni strani kelvinovega kapljača. Desni obroček razvije negativni naboj, saj skozenj padajo rahlo pozitivne kapljice. Tudi lonček pod tem obročem je pozitiven.

Negativni in pozitivni naboji na lončkih in obročkih se čedalje bolj večajo, potencial pozitivne strani se veča(postaja vse bolj pozitiven), potencial negativne pa se manjša(postaja vse bolj negativen), torej se veča potencialna razlika. Od začetka procesa ne traja dolgo, da se ustvari velika napetost, to je razlika med potencialom leve in desne strani. Napetost kmalu naraste do te mere, da se kapljač razelektri. To vidimo v obliki iskre, ki se pojavi med prevodnima palicama.

Vir: "http://groups.physics.umn.edu/demo/electricity/5A4070.html"

Doma narejen kelvinov kapljač zgleda približno tako, kot na sliki zgoraj. Model na sliki ima prevodne palice, med katerima naj bi preskočila iskra. Žici se ne smeta dotikati! Žal ni znano ali je naprava na sliki delujoča.

Pri izdelavi moramo biti zelo pozorni, da so izolirani deli naprave res izolirani in prevodni deli res prevodni. Prav tako je pomembna geometrija naprave, kapljice morajo padati skozi obroč in se ga ne dotikati med svojo potjo. Pozorni moramo biti tudi na kapljanje. Voda ne sme teči prehitro in mora kapljati enakomerno.