Bau eines Kelvingenerators - Physikalisches Projektpraktikum ...

Bau eines Kelvingenerator 17/20 ppg7
ā(∆h = ±0 cm) ≈ 0.094 s −1 ∆ā ≤ 0.0095 s −1
ā(∆h = +2 cm) ≈ 0.185 s −1 ∆ā ≤ 0.0246 s −1
Die Position der Influenzringe hat also erhebliche Auswirkungen auf den Spannungsaufbau.
Durch ein Verstellen der Ringe um 2 cm nach oben können wir den höchsten Wert für
den Parameter a über alle Messreihen hinweg erreichen, wohingegen ein Verschieben der
Ringe um 2 cm nach unten zum niedrigsten Wert von a führt (Abb. 11). Um eine maximale
Influenz der Wassertropfen zu erreichen muss eine Ringposition gefunden werden, an der
das Maximum des vom Ring ausgehenden elektrischen Feldes mit dem Tropfenablösepunkt
zusammenfällt. Diese Position liegt offenbar höher, als die von uns gewählte Ringhöhe.
d) Ionengehalt des Wassers
In [1] wurde gemutmaßt, dass die influenzierten Ladungen in den Wassertropfen rein aus
der Eigendissoziation des Wassers stammen würden und deshalb die Geschwindigkeit des
Kelvingenerators unabhängig von der Ionenkonzentration wäre. Dieser Behauptung wollten
wir natürlich nachgehen. Deshalb haben wir eine gesättigte Kochsalzlösung hergestellt
und damit 4 Messkurven aufgenommen. Die Sättigungskonzentration von NaCl liegt laut
[4] bei 358 g/l, was einer Gesamtionenkonzentration von ca. 12 mol/l entspricht. Bei uns
lag die Salzkonzentration wohl eher ein gutes Stück niedriger.
Als Mittelwerte für die Konstante a erhalten wir:
ā(c (Σ Ionen) � 12 mol/l) ≈ 0.166 s −1 ∆ā ≤ 0.0096 s −1
Als Vergleich dazu können die Werte der letzten Referenzmessung mit der Konfiguration
” mittlere Ringe, normale Höhe, nicht verdreht“ dienen. Hier sollten die Konzentrationen
gelöster Ionen in etwa den Werten entsprechen, welche die Erlanger Stadtwerke auf ihrer
Website [5] veröffentlichen. Umgerechnet in eine Gesamtionenkonzentration (mehrwertige
Ionen mehrfach gezählt) erhält man 8.3 mmol/l.
ā(c (Σ Ionen) ≈ 8.3 · 10 −3 mol/l) ≈ 0.094 s −1 ∆ā ≤ 0.0095 s −1
Wir können also feststellen, dass der Ionengehalt des Wasser sehr wohl einen Einfluss auf
die Funktion des Kelvingenerators hat. Es ist zwar richtig, dass sich eine kleine Veränderung
der Ionenkonzentration kaum auswirken wird, aber sehr deutliche Konzentrationsunterschiede
(bei uns Faktor � 1000) können unseren Parameter a dann doch fast verdoppeln.
Da wir die Konzentration großzügig nach oben abgeschätzt haben, ist zu erwarten, dass
der tatsächliche Effekt noch größer ist.
Zu erklären ist das dadurch, dass der hohe Ionengehalt die Leitfähigkeit und damit offenbar
auch die Polarisierbarkeit des Wassers erhöht. Weitere Erkenntnisse über den Einfluss von
freien Ionen könnte man bekommen, wenn man die Konzentration von Natrium- und
Chloridionen im von den Bechern aufgefangenen Wasser genau bestimmt. Daran könnte
man dann erkennen, ob das Aufladen des Kelvingenerators teilweise darauf zurückzuführen
ist, dass sich durch Influenzeffekte auf der einen Seite vermehrt Natrium-Ionen mit den
Tropfen ablösen, wohingegen Chlorid-Ionen an den Düsen zurückbleiben, auf der anderen
Seite umgekehrt. Eine derartige Messung würde aber erheblich mehr Aufwand erfordern
und ist deshalb im Rahmen des Projektpraktikums nicht möglich.