enjoy your free space..

კელვინის მწვეთარა

კელვინის მწვეთარა

ეს მარტივი ექსპერიმენტი 1867 წელს ჩაატარა ინგლისელმა მეცნიერმა უილიამ ტომპსონმა. მას თერმოდინამიკის განვითარებაში დიდი მეცნიერული დამსახურებისათვის მიენიჭა ლორდის წოდება და ლორდ კელვინის სახელი. სანამ ექსპერიმენტის არსში გავერკვევით, მოვიხსენიებთ ზოგიერთ ისეთ ფაქტს წყლის მოლეკულური აღნაგობის შესახებ, რაც მოვლენის ასახსნელად დაგვჭირდება. წყალი პოლარული მოლეკულაა. ეს ნიშნავს, რომ მისი შემადგენელი დადებითი და უარყოფითი მუხტების განლაგების ცენტრები ერთმანეთს არ ემთხვევა. ანუ, წყლის ნეიტრალურ მოლეკულას აქვს დადებითი და უარყოფითი პოლუსი: წყლის მოლეკულა დიპოლური მოლეკულაა. დიპოლური მოლეკულა ელექტროსტატიკურ ველში მოხვედრისას ორიენტირდება დიპოლის ღერძის შემობრუნებით გარე ელექტრული ველის ძალწირების გასწვრივ. ასეთი ორიენტაციის შენარჩუნებას ხელს უშლის სითბური მოძრაობა. ამიტომ, გარე ელექტრული ველის მოხსნის შემთხვევაში სითბური ქაოსური მოძრაობის გავლენით წყლის პოლარული მოლეკულები ძალიან სწრაფად დაკარგავენ ველის გასწვრივ თავდაპირველ ორიენტაციას. წყლის მოლეკულა დისოცირდება ჰიდროქსონიუმის H+ დადებით იონად და ჰიდროქსიდის OH- უარყოფით იონად. ჰიდროქსონიუმი (რაც ფაქტიურად არის ელემენტარული ნაწილაკი – პროტონი) ქმნის კომპლექსს წყლის ერთ, ორ ან ოთხ ნეიტრალურ მოლეკულასთან:

წყლის დიპოლები
H2O ↔ H+ + OH−
ან
H2O + H2O ↔ H3O+ + OH−

სუფთა წყალი დენის ცუდი გამტარია, რაც მიგვანიშნებს, რომ წყალი სუსტად უნდა დისოცირებდეს იონებად. მართლაც, ყოველ ას მილიონ ნეიტრალურ წყლის მოლეკულაზე გადათვლით, სუფთა წყალში არსებობს ერთი დისოცირებული წყლის მოლეკულა (ორი სხვადასხვა ნიშნის იონის სახით). ანუ, წყლის დისოციაციის ხარისხი ძალზედ დაბალია (1.8×10-16 მოლ/ლიტრ. 250 C-ზე).

გავეცნოთ ცდას, რომლის შედეგი განპირობებულია წყლის იონებად დისოციაციით და იონების შერჩევითი გადანაწილებით წვეთების წარმოქმნის პროცესში. ექსპერიმენტის ჩასატარებლად საჭიროა მოწყობილობა, რომელსაც კელვინის მწვეთარა ეწოდება, და რომლის სქემა ნახაზზეა გამოსახული:

ერთმანეთისაგან ელექტრულად იზოლირებული მეტალის ჭიქები შიშველი გამტარებით ჯვარედინად მიერთებულია გამტარ ღრუ რგოლებთან. რგოლების და ჭურჭლების ასე შეერთება ქმნის იმას, რასაც დადებითი უკუკავშირი ეწოდება. რგოლების ჭიქებთან შემაერთებელი გამტარები არ უნდა ეხებოდეს ერთმანეთს და ჭიქები უნდა იყოს მოათავსებული მშრალი, კარგი იზოლატორის სადგამზე.

შემაერთებელ გამტარებს შორის უმცირესი მანძილი არის სანაპერწკლე შუალედი და უნდა იყოს 1-2 მმ-ის ტოლი. ჭურჭლიდან წყალი ორი წვრილი მილით ისე უნდა მიუშვათ ჭიქებში რგოლების შუაში გავლით, რომ წვეთები რგოლებს არ შეეხოს და წვეთების მოწყვეტა მილებიდან გამოსვლისას უნდა მოხდეს რგოლების ზედა კიდეზე ცოტათი მაღლა. თუ ჭურჭლები ერთმანეთისაგან არ არის ელექტრულად საიმედოდ იზოლირებული, თუ წყალი არ არის სუფთა და თუ ჰაერი ძალიან ტენიანია, ექსპერიმენტი უშედეგო იქნება. ყველა სხვა შემთხვევაში, როცა რეზერვუარიდან წყლის დინებაა (წყლის ხარჯია) დაახლოებით 100 გრამი წუთში, ყოველ 20-25 წამში მიიღებთ თითო განმუხტვის ნაპერწკალს (4-5 ნაპერწკალი 200 გრამიანი ჭიქის გავსებამდე). ეს ნიშნავს, რომ ჭურჭლები ყოველ 20-25 წამში იმუხტება ათას – ორიათას ვოლტ პოტენციალთა სხვაობამდე! დაკვირვებული მკითხველი, რომელიც უკვე გაეცნო სათანადო მასალას ელექტროსტატიკის კურსიდან, ამ თვალსაჩინოების გულდასმით დათვალიერებით ადვილად ჩაწვდება კელვინის მიერ მიგნებული მოვლენის არსს.

კელვინის მწვეთარა

ერთი შენიშვნა: თუ გინდათ მიიღოთ უფრო მძლავრი ნაპერწკალი, და ამისათვის გადაწყვიტავთ აცადოთ ჭურჭლებს უფრო მაღალ პოტენციალებამდე დამუხტვა, უნდა გაზარდოთ სანაპერწკლე შუალედი და თითოეული ჭურჭელი ცალკ-ცალკე უნდა მიუერთოთ კონდენსატორს. იმის მიხედვით, როგორი იქნება სანაპერწკლე შუალედის სიდიდე, კონდენსატორს უნდა ჰქონდეს გარღვევის სათანადოდ ძალიან მაღალი ზღვარი, რადგან თითეულ მილიმეტრ სანაპერწკლე შუალედზე გადათვლით, საჭიროა ჭურჭლების დამუხტვა ათას ვოლტ პოტენციალთა სხვაობამდე (მაგ: ლეიდენის ქილა). შესაძლოა სანაპერწკლე შუალედის გაზრდით უფრო დიდი ნაპერწკალი ვერც კი მივიღოთ, რადგან მაღალ პოტენციალებამდე ჭურჭლების დამუხტვისას თავს იჩენს დამუხტვის გაჯერების მოვლენა, რომლის მიზეზის გარკვევას აქ მოთავსებული ანიმაციის კარგად დაკვირვებითაც შეძლებთ.


მიუხედავად იმისა, რომ ამ დროს სხეულების მიერ მიღებული პოტენციალთა სხვაობა რამდენიმე ათეულ ათას ვოლტს შეიძლება გაუტოლდეს, ცდის ჩატარება თქვენთვის აბსოლუტურად უსაფრთხოა (?!). რატომ? ამავდროულად, სახლში არსებული ელექტროგაყვანილობა, რომელშიც ძაბვა მხოლოდ 220 ვოლტია, გაუფრთხილებლობის შემთვხევაში სიცოცხლისათვის დიდ საფრთხეს შეიცავს!

კიდევ ერთი შენიშვნა: კელვინის მწვეთარას დამზადება ძალიან ადვილია და ფაქტიურად არავითარ დანახარჯებს არ მოითხოვს. აქ გამოსახულია მოწყობილობა, რომლის ”დამზადებას” ჩვენს ხელთ არსებული სამომხმარებლო ნარჩენებიდან, ჩვენ რამდენიმე წუთი მოვანდომეთ, – და ის მოქმედებს!!! თქვენ შეგიძლიათ უფრო მძლავრი მოწყობილობა ააწყოთ. მაგალითად თუნუქის ორი 10 ლიტრიანი ბადიის გამოყენებით. ისეთი, როგორიც მარცხენა ანიმაციურ სურათზეა გამოსახული.

კელვინის მწვეთარა

ამ ცდის შედეგი შემდეგში მდგომარეობს: გამოირკვა, რომ სუფთა წყლის თავისთავადი დისოციაციის შედეგად წარმოქმნილი იონების ასეთი სუსტი კონცენტრაციაც სრულიად საკმარისია სათანადო პირობებში კოლოსალური ელექტროსტატიკური მუხტის დასაგროვებლად. მართლაც, ნახევარი ლიტრი წყალიც კი არ დაგვჭირდა ”კელვინის მწვეთარას” საშუალებით აქ გამოსახული ჭურჭლების რამდენიმე ათას ვოლტ პოტენციალთა სხვაობამდე დასამუხტად, მათ შორის განმუხტვის ელექტრული ნაპერწკალის დასამზერად და განმუხტვის ტკაცანის გასაგონებლად. ეს კი გარკვეული მიახლოებით ელვის და ჭექა-ქუხილის მოდელირებაა ლაბორატორულ პირობებში.

ინფორმაციისათვის მადლობა http://www.sangu.ge -ს
სტატიის დედისეულ ვერსიას შეგიძლიათ გაეცნოთ მისამართზე

3 responses

  1. Pingback: ელექტრსტატიკური მუხტების გენერატორი | Analemma ანალემა

  2. Pingback: ელექტრსტატიკური მუხტების გენერატორი | Analemma ანალემა

  3. giorgi

    ძალიან საინტერესო რაღაცაა

    January 17, 2012 at 10:41 am

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / შეცვლა )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / შეცვლა )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / შეცვლა )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / შეცვლა )

Connecting to %s