Quantitatives zur Elektrizitätserzeugung durch den Wasserfalleffekt auf Eis

Zusammenfassung

Um die Wirksamkeit des Aufschlags von Wolkentröpfchen auf Eis (Faraday-Sohncke-Effekt) für die Elektrizitätserzeugung in Gewittern beurteilen zu können, werden quantitative Ladungsmessungen im Laboratorium beim Aufprall fallender Wassertropfen auf Hindernisse aus Eis unter möglichst variierten Bedingungen vorgenommen. Ein Tropfen von 20 mg und 20° C aus 75 cm Höhe befreit die Ladung von 3,6·10⁻¹³ Coul. Während eine Änderung der Tropfentemperatur den Effekt wenig beeinflußt wird er stark reduziert, wenn man die Temperatur der Eisplatte kräftig erniedrigt, da der Tropfen schließlich sofort festfriert. Veränderung der Fallhöhe und der Tropfenmasse führt zu dem Ergebnis, daß in gewissem Bereich die getrennte LadungQ in Annäherung allein der kinetischen EnergieW des Tropfens proportional ist:Q=2,75·10⁻¹⁶ Coul/erg·W für einen Tropfen von 20° C auf Eis von 0° C. Die Anwendbarkeit dieser Gleichung auf Wolkentröpfchen wird diskutiert. Messungen bei verringertem Reinheitsgrad des Wassers bestätigen die Erfahrung, daß gleichzeitig die befreite Ladung abnimmt.

Summary

To study the effect of the impact of cloud droplets upon ice (Faraday-Sohncke-effect) for the production of electricity in thunderstorms laboratory experiments were carried out under various conditions to measure quantitatively electric charges originating from the collision of falling water drops with ice. A droplet of 20 mg and 20° C falling from a height of 75 cm releases the charge of 3,6·10⁻¹³ Coul. While the effect is not considerably influenced by a change of the temperature of the droplet it is strongly reduced if the temperature of the ice plate is lowered to such a degree that the droplet immediately freezes. Variation of falling-height and mass of droplets leads to the result that, in a certain range, the separated chargeQ is approximately proportional solely to the kinetic energyW of the droplet:Q=2,75·10⁻¹⁶ Coul/erg·W for a droplet of 20° C on ice of 0° C. Applicability of this equation to cloud droplets is discussed. Measurements carried out with water of reduced purity confirm the experience that in such cases the released charge is smaller.

Résumé

En vue d'étudier quantitativement la production d'électricité orageuse par la chute de gouttelettes d'eau sur des grêlons (effet Faraday-Sohncke), les auteurs ont réalisé des expériences et mesuré la charge libérée lors de la chute de gouttelettes sur de la glace dans des conditions variées. Une goutte de 20 mg à 20° C, tombant de 75 cm de hauteur libère la charge de 3,6·10⁻¹³ Coul. Tandis que l'effet ne dépend que peu de la température de la goutte, il est fortement réduit si la température de la glace s'abaisse, car la goutte se congèle alors aussitôt. Des essais avec des variations de la hauteur de chute et de la masse des gouttes ont en outre montré que la charge libéréQ est en première approximation proportionelle à la seule énergie cinétiqueW de la goutte:Q=2,75·10⁻¹⁶ Coul/erg·W pour une goutte à 20° C tombant sur de la glace à 0° C. On discute l'application de la formule à des gouttelettes nuageuses. Des mesures faites avec de l'eau non pure confirment le fait connu que la charge libérée diminue alors.