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百年无解的“水桥”之谜
2018-07-20 阅读次数:

  19世纪末,一位英国工程师发现了一个有趣的现象,将两个装满水的烧杯通电之后,会出现一个奇怪的现象:两杯水会像接吻那样,相互连接在空中形成一座“水桥”。由于很有趣,这个现象被演示和研究了100多年,但直到现在科学家还是无法给出合理的解释。
  这个实验具体是这样做的:向两个非常干净的100毫升的烧杯中倒入纯净的水,直到水位距离烧杯口3毫米的地方为止。注意,倒入的水必须不含矿物质等盐类, pH值等于7。两只烧杯放在绝缘的桌子上,最好桌子上铺一块橡胶,以保证两个烧杯底之间绝缘。把两个烧杯口对口接触后,给它们分别插入正负极,然后接上高达15千伏的直流电。
  奇观出现了,只见接正极的烧杯内的水自动沿着烧杯壁爬升,爬过烧杯口后,流入接负极的烧杯中。如果用绝缘工具让原本相互接触的烧杯口离开一小段距离,这时的水并没有断开,而是在两个烧杯之间则形成了一缕水流组成的“水桥”。这缕水流有1到3毫米粗。如果把电压增高到25千伏,烧杯口之间的距离可以相距2.5厘米,也就是水桥可以达到2.5厘米长,悬挂在两个烧杯口之间,非常“壮观”。
  如果一直通电,两个烧杯里的水可以这样“接吻”达45分钟之久。但是如果时间过长,水桥就会断开,因为这个过程水温会从20℃升高到60℃,由于水太热了,容易蒸发,水桥也就断开了。如果把电压降低到一定程度,或者两杯之间的距离过大,水桥也会断开,中间的水会滴落下来,两个烧杯水面又会恢复成水平状态。另外,如果实验采用的不是纯水,也不会出现这种现象。
  两个烧杯中的水为什么会互相连接呢?科学家猜测,两个烧杯里的水通电后,高压直流电可能通过水桥串成了一个回路。可能是这超过万伏的高压电场让与正极接触的水带正电荷,与负极接触的水带负电荷,带不同电荷的水会相互吸引,一部分水就会克服重力,向上爬升,最后相互连在了一起。
  那么连在一起的水为何不会断裂?有一种理论认为,是电压使得水分子成队排列,形成一种电介质张力,从而使得“水桥”不断。另一种理论则认为,是水面本身存在的向内收缩趋势,形成了一种表面张力,维持“水桥”不断。
  后来,又有研究者认为,“水桥”不断是这两方面原因共同作用的结果。来自伊朗德黑兰市谢里夫理工大学的科学家测量了整座“水桥”的多种参数,包括电压、水流和直径之后,将数据输入到一台模拟电脑中计算了整个过程中水流所受到的力。结果显示:电介质张力和表面张力各分担“水桥”一半的重量,从而维持“水桥”不断。

 

 

文章来源: 科技日报
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