Beobachtungen:

Kelvin-Generator

Fallende Wassertropfen können eine Ladung tragen.
Beim Kelvin-Generator läßt sich durch eine geschickte Kopplung von zwei tropfenden Wasserstrahlen Hochspannung erzeugen.
felder.htm#kapitel-04-02

Was passiert bei nur einem Tropfenstrahl?

Fazit:

Jeder einzelne Tropfen transportiert - auch ohne zusätzliche Anregung - eine Ladung,
die sich mit einem empfindlichen Elektrometer nachweisen läßt.
Sie ist etwas größer als das Millionfache der Elektronenladung.

Abb. 01: Fallende Wassertropfen erzeugen Hochspannung. aus felder.htm#kapitel-04-02 Abb. 04-02-21: Der Kelvin-Generator arbeitet mit zwei dünnen Wasserstrahlen. (FB)

1. Elektrometer mit Stromeingang

Abb. 02: Nachbau mit einfachen Mitteln: Silikonschlauch, Kupferdrahtring und Kochtopf. Rechts steht ein hochempfindlicher Meßverstärker. Angeschlossen sind Ring (als Masse) und Kopftopf an den Stromeingang. (Empfindlichkeit: 1 nA) (FB)

Abb. 03: Das Wasser für die Tropfen kommt aus dieser Spritzflasche. Der Druck läßt sich durch Aufpumpen verändern. Rechts ein Meßgerät für den Druck im Schlauch. Die Spritzflasche ist hier noch elektrisch schwebend d.h. nirgendwo angeschlossen. Später wurde das Kupferrohr geerdet. (FB)

Abb. 04: Im Topf liegt Alumimiumfolie. Damit werden die fallenden Tropfen hörbar. Am Eingang des Meßverstärker ist nun in den Stromkreis eine 9 Volt-Batterie zwischengeschaltet. (FB)

Abb. 05: Die Ausgangsspannung vom Meßverstärker wird elektronisch erfaßt und an einen Computer weitergegeben. (FB)

Abb. 06: Verschiedene Ringe aus Kupfer. Kupferdraht 3 mm Durchmesser (geschlossen bzw. aufgetrennt) und zwei Dichtringe aus 2 mm Kupferblech (FB)

Abb. 07: Ansicht von oben, offener Ring aus Kupferdraht, unten liegt ein geerdetes Kuchblech, der Topf (blaues kabel) ist am Meßeingang, der Kupferdraht (rotes kabel) an der Abschirmung angeschlossen.  (FB)

Abb. 08: Metallrohr an der Spritzflasche ist nun mit grünem Kabel geerdet. (FB)

Abb. 10: Dichtring aus Kupferblech, der Topf  (rotes Kabel) ist am Meßeingang, der Ring an der Abschirmung (blaues Kabel)  (FB)

Abb. 11: Ansicht von der Seite (FB)

Abb. 12: Meßverstärker , Eingang 0,1 nA, rechts der Ausgang zur Meßwerterfassung. Es gibt auch die Möglichkeit zum Messen der Ladung und der Spannung. (FB)

Abb. 13: Kupferdrahtring, mit zunehmender Anzahl der Tropfen pro Zeiteinheit wächst die Meßspannung, d.h. der Strom zwischen Ring und Topf steigt an.  10 V entspricht 0.1 nA   0.5 bar entspricht 0.25 g/s Wasser. (FB)

Abb. 14:  Zusammenhang zwischen Vordruck im Schlauch und Frequenz der Tropfen, abgezogen ist ein Vordruck von 0.07 (Abb. 03, entspricht 70 cm Schlauchhöhe), mit Daten aus Abb. 20, 23, 30      Durchfluß: bei 0.43 bar sind es 0.25 g/s (FB)

Abb. 15: Kupferdrahtring, Einstellung 0.1 nA/10 V,   6.10.2020 13:24 Gegenspannung 8 Volt Minuspol am Topf, Pluspol am Meßeingang,  Vordruck 0.21 bar  ( ca. 2 Tropfen / Sekunde), Effekt etwa 2,5 V, entsprechend 0.025 nA (FB)

Abb. 16: Kupferdrahtring, Einstellung 0.1 nA/10 V  6.10.2020 14:31 Gegenspannung 8 Volt Pluspol am Topf, Minuspol am Meßeingang Vordruck 0.53 bar ( ca. 12 Tropfen / Sekunde) Effekt etwa 2,5 V, entsprechend 0.025 nA, Bei Gegenspannung mit umgekehrten Vorzeichen (vorherige Abbildung) ist der Einfluß der Tropfen größer. Also hier wirkt die positive Spannung dem Einfluß der Tropfen entgegen. --> Topf liefert positive Ladungen  (FB)

Abb. 17: geschlossener Kupferdrahtring,  schlechte Erdungsverhältnisse. System lädt sich auf. (FB)

Abb. 18: offener Kupferdrahtring, schlechte Erdungsverhältnisse, negativer Strom durch Tropfen  (FB)

Abb. 19: offener Kupferdrahtring, Rohr am Druckbehälter geerdet, stabile Spannung positiver Strom durch Tropfen (FB)

Abb. 20: geschlossener Kupferdrahtring, Rohr geerdet, rechts einzelne Tropfen (FB)

Abb. 21: Ausschnitt: Einfluß einzelner Tropfen, Mitte: 10 Tropfen in 30 Sekunden  rechts  6 Tropfen in 50 Sekunden (FB)

Abb. 22: Flacher Kupferdichtring, 0.6 bar, ca. 12 Tropfen/s (FB)

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2. Elektrometerverstärker mit Ladungseingang

Abb. 23: Aufzeichnung der Ladung in  1 nAs / 10 V. Bei Tropfenfluß  (0.36 bar etwa 7 Tropfen/Sekunde) steigt die Ladung gleichförmig an, ohne Tropfen bleibt sie nahezu konststant. (FB)

Abb. 24: Aufzeichnung der Ladung in  1 nAs / 10 V. innerhalb von 250 Sekunden hat sich eine Ladung von 0.8 nAs angesammelt. 0.36 bar etwa 7 Tropfen/Sekunde -->  1750 Tropfen,   0.47 10-12  As / Tropfen Das ist  2.86E+06 größer als die Elektronenladung mit 1.6E-19 As Die Kurve ist leicht gekrümmt, weil innerhalb dieser Zeit der Druck von 0.36 auf 0.34 bar abgefallen ist. (FB)

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3. Elektrometerverstärker mit Spannungseingang

Abb. 25: mit Tropfen steigt die gemessene Spannung an (Aufladung), ohne Tropfen fällt sie (Entladung). (FB)

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4. Zwei Ringe und zwei Elektrometerverstärker mit Spannungseingang, Topf an Masse

Abb. 26: Zwei Kupferdichtringe von  Heißklebestiften gehalten ( Sie sind vom Gewicht etwas krumm gebogen), Elektrometerverstärker (blau) (FB)

Abb. 27: Elektrometerverstärker (grau) und Meßwerterfassung (FB)

Abb. 28: zwei Ringe,  Aufbau schief (FB)

Abb. 29:  gleiche Skalierung für rot / schwarz    oberer Ring: geerdet, Masse,    mittlerer Ring (rote Kurve, Elektrometerverstärker grau)    Topf (schwarze Kurve, Elektrometerverstärker blau) Topf und Ring haben ähnliche Verläufe. Allerdings bekommt der Topf weniger Ladung als der  Ring.    (FB)

Abb. 30: Ausschnitt, die Wirkung der einzelnen Tropfen ist gut zu erkennen. (FB)

Abb. 31: zwei Ringe, zwei Verstärker, gleiche Skalierung Messung der Spannungen an den beiden Ringen jeweils gegen den geerdeten Topf. rot:  oberer Ring  (Verstärker grau)    schwarz: unterer Ring   (Verstärker blau) Die Verläufe sind ähnlich.  (FB)

Literatur:  b-literatur.htm

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