电线上的雨水从电线上滴下来的瞬间还会带电吗

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2024-04-19 11:23:19

电线上的雨水在滴下的瞬间会带电,因为雨水中含有带电离子。水滴带电的原理涉及正负离子在外电场下的移动。科学家们还利用水滴带电的特性进行发电实验,如开尔文滴水起电机和新型摩擦电纳米发电机。

电线上的雨水在滴下的瞬间还是会带电的。这是因为雨水中除了中性水分子外还有一些带电离子,即使是纯水也会有水分子的自发电离。水之所以可以导电是因为其中的正负离子在外电场的作用下相对移动到两边,从而形成离子导电。在雨水从电线表面滴落的瞬间,雨水中的正负离子还处于非均匀的状态,因此理论上当然是带电的。

只不过一滴水能够带的电荷过小因此不必担心,即使是在高压电线上滴落的雨滴只要没有形成水柱式的回路就不会电到人。

不过,这个问题有意思的点远远不止于此。初高中物理在电场的章节告诉我们,使得物体带电的方法主要有接触起电、摩擦起电和感应起电。然而对于水这个特殊的绝缘体,怎么使得其带电好像是有些难以想象的。这里笔者找到了几种中学物理实验式的能使水带电的方法:

1. 直接带电法。将感应起电机的正电极G直接连接到上端盛水金属漏斗A上,在连接了接水段金属罐J验电器N上可以观察到验电器箔片张开。

2. 静电感应带电法。将感应起电机的正电极G连接到一个金属圆盘K上,水流因为感应带上负电荷而向金属圆盘偏转,在连接了接水段金属罐验电器N上可以观察到验电器箔片张开。

3. 尖端放电带电法。将感应起电机的正电极G连接到金属尖端A上,转动起电机使得金属尖端A附近形成很强的电场以至产生尖端放电。A尖端附近空气中的正负离子在电场作用下定向移动,正离子向盆D的方向移动使得盆中水带正电荷,在连接了接水段金属罐验电器N上可以观察到验电器箔片张开。

在你能够轻松地想象一个水滴带电后,我们来看看科学家的“疯狂”之举。

早在1867年,开尔文就提出了用水滴发电的方法——开尔文滴水起电机。开尔文滴水起电机利用落水的初始瞬时非平衡电荷分布,通过两个相互连接的相反电荷系统之间的静电感应产生电势差。其利用水滴滴落过程中对电压差的正反馈作用和水中正负离子对由电偶极子产生的静电场的静电感应作用来形成电压差。电荷分离速度逐步加快电荷积累量随时间呈指数增长,一会儿便能在两根金属桶之间建立起一万五千伏以上的高电压。

另外,通常认知下的摩擦起电需要干燥的环境,然而有科学家专门设计了水的摩擦起电,是不是非常不可思议!他们发明了一种具有超疏水和自清洁特性的新型摩擦电纳米发电机原型,以基于摩擦起电和静电感应过程收集水滴能量。

更有甚者使用水滴,通过电荷分离实现基于水行为的发电。由于水的运动和冲击而导致的电荷分离导致电荷在水中大量积聚。当携带累积电荷的流动水与金属表面接触时,产生了高功率输出。笔者在阅读了他们的文章后总结为晃一晃塑料瓶子里的水就输出了电压。

因此,从电线上滴下的雨滴不仅带电,你甚至可以用它来发电。

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