elektrisch veld aan wateroppervlak

[Schonedal]

Als gevolg van proefnemingen ben ik er achter gekomen dat een schoon wateroppervlak een permanent elektrisch veld heeft.

Dit is het gevolg van het feit dat watermoleculen elektrische dipolen zijn met het zuurstof atoom de min en de twee waterstofatomen de plus.

Dit komt doordat de watermoleculen in het wateroppervlak min of meer gelijk gericht zijn en wel met de zuurstofatomen naar buiten gericht.

Dit wordt veroorzaakt door het feit dat de waterstofatomen in de oppervlaktelaag binding hebben met de dieper gelegen waterstofatomen- de z.g. waterstofbruggen.

Hierdoor heeft het wateroppervlak een permanent negatief elektrische lading.

Het is nu mogelijk om waterdruppels op het wateroppervlak te lanceren die zich niet direct bij het water voegen maar een aanzienlijke afstand over het oppervlak scheren en zelfs geruime tijd kunnen blijven stil liggen.

Dit verschijnsel heb ik het waterbolletjeseffect genoemd.

[aadkr]

Beste, zou je me wat meer kunnen uitleggen over de proefnemingen die je gedaan hebt?

[Schonedal]

Het verhaal gaat terug naar begin jaren 70 van de vorige eeuw, ik was toen met een groepje leerlingen bezig met een studie naar het waterbolletjeseffect, we hadden contact met het blad De Jonge Onderzoeker alwaar ook enkele publicaties van mijn hand zijn geplaatst.

Het waterbolletjes effect werd door mij in de vrije natuur waargenomen terwijl ik in een bootje aan het roeien was.

Het was op een schoon bergmeer in Noorwegen, druppels die van de opgeheven roespaan neervielen bleven geruime tijd op het wateroppervlak liggen, ze hadden de eigenschap om in sprongetjes kleiner te worden en uiteindelijk te verdwijnen.

Op school heb ik een opstelling bedacht om dit effect na te bootsen, ik nam een fotoontwikkelbak en plaatste die horizontaal op een instelbare tafel, de bak werd tot de rand gevuld met water zo dat het engszins bol stond.

Vanuit een glazen spuitje liet ik een constant waterstraaltje in het hoogste punt van een paraboolbaan op het water in de bak neerkomen, hierbij werd er op gelet dat de straal in afzonderlijke druppels neerkwam.

De druppels schaatsten over het water naar de andere kant en wipten over de rand.

Het bleek dat het effect veroorzaakt wordt door een elektrisch veld van het wateroppervlak en ook van de druppels.

De bolletjes verdwijnen als bij toverslag als een elektrische lading in de buurt gehouden wordt.

Het is mogelijk een aantal zeer interessante proeven hiermee uit te voeren.

[Michel Uphoff]

Waterstofbruggen , Cohesie en de daaruit voortkomende oppervlaktespanning zijn goed gekende fenomenen die dit gedrag verklaren.

Zie o.a. deze filmpjes:

[Schonedal]

Werkelijk prachtige filmpjes, het is zelfs mogelijk het druppeltje tot onder het wateroppervlak te laten zakken waarbij de druppel geen contact met het overige water maakt.

Er ontstaat nu een z.g. antibel, een hoeveelheid water omgeven door een dunne luchtfilm dat zich onder het gesloten wateroppervlak bevindt.

In het eerste filmpje zag ik er even één verschijnen tegen het eind van de opname.

In een glas water met een beetje afwasmiddel is dit goed te zien, als je met een pipetje een druppel in het water laat schieten, dit vergt wel enige oefening.

[Benm]

Het ziet er inderdaad erg mooi uit, zeker in highspeed filmpjes.

Maar hoe doe je precies een experiment met electrische lading die een verschil in dit gedrag laat zien?

[Michel Uphoff]

Het meest interessant vind ik het tweede filmpje.

Je ziet de druppel zich meerdere keren achtereen verkleinen tot ongeveer de helft van de voorgaande diameter, fascinerend gezicht. Maar ik vind het lastig de vingers achter het onderliggende mechanisme te krijgen.

[Schonedal]

Het ziet er inderdaad erg mooi uit, zeker in highspeed filmpjes.

Maar hoe doe je precies een experiment met electrische lading die een verschil in dit gedrag laat zien?

Op eenvoudige wijze is dit aan te tonen:

Wrijf een pvc buis op met een wollen sjaal tot het begint te knetteren, houd de buis boven de bak met waterbolletjes, als bij toverslag zijn ze allemaal verdwenen.

Een meetopstelling ziet er als volgt uit:

Breng op 1 cm hoogte boven het water in de bak een elektrode aan evenwijdig aan het wateroppervlak, laat de druppels hier onderdoor passeren.

Zet tussen de elektrode en het water een regelbare gelijkspanning, bij een zekere grensspanning verdwijnen de druppels. Voor zuiver water is dit 420 V, voor water met afwasmiddel is dit veel hoger.

Het maakt hierbij niet uit als de polariteit omgekeerd wordt.

[Benm]

Hoe kom je aan die 420 volt? Is dat iets specifieks, of proefondervindelijk ondervonden?

[Schonedal]

Ik bouwde voor dit doel een stroombron met regelbare gelijkspanning.

De spanning werd verkregen met een simpele luidsprekertransformator waarvan ik het sluitstuk op de kern een beetje opengewrikt had met een schroevendraaier.

Hierop plaatste ik een onderbreker die begint te trillen op het lekveld van de transformator, hierbij wordt de stroom van een batterij door de primaire wikkeling onderbroken.

De secundaire wikkeling geeft een vrij hoge wisselspanning die gemakkelijk gelijkgericht en afgevlakt kan worden.

Met een hoogohmige potentiometer kan de spanning geregeld worden.

Op een nauwkeurige voltmeter lees ik de uitgangsspanning af, het vermogen is uiteindelijk vrij klein.

[Benm]

Oic, tamelijk proefondervindelijk dus

Heb je toevallig een video van de opstelling met en zonder die aangelegde spanning? Het klinkt best interessant om eens te zien, en een spanningsbron van 400-500 volt is verder geen probleem als het gevraagde vermogen gering is,

[Schonedal]

Ik heb hier en daar nog wel wat foto`s en tijdschriftartikelen in de oude doos.

Ik ga op zoek en als ik wat heb plaats ik het wel in deze rubriek.

Er komt geen ingewikkelde apparatuur aan te pas behalve dan de spanningsbron maar die hoef je niet zelf te bouwen in vrijwel elk natuurkundepracticum is die te vinden.