Der Kelvinsche Wassertropfen-Generator
Vorsicht, Hochspannung!
Ein kleines Experient soll demonstrieren, wie mittels einer simplen Vorrichtung aus Wassertropfen Hochspannung erzeugt werden kann.
Statische Elektrizität wird meistens durch Reibung erzeugt und kann Spannungen von mehreren tausend Volt erreichen. Zwei Beispiele aus dem Alltag: Man zieht sich einen Pullover aus und es knistert. Oder man läuft mit isolierenden Schuhen über einen Teppichboden, faßt dann an einen Metallgegenstand und bekommt eine "gewischt". Meistens ist statische Elektrizität unerwünscht und wird daher versucht zu vermeiden, da sie empfindliche elektronische Schaltkreise zerstören kann oder durch den Entladungsfunken sogar Explosionen auslösen kann, wenn der Entladungsfunke auf ein brennbares Gasgemisch trifft (bekanntestes Beispiel: Der Absturz des Luftschiffs "Hindenburg" in Lakehurst 1937).
Zur gezielten Erzeugung von elektrostatischer Hochspannung exisitieren verscheidene Arten von Generatoren. Der Bandgenerator dürfte den Meisten wohl aus dem Physikunterricht bekannt sein. Weniger bekannt und besonders erstaunlich ist, dass auch Wassertropfen Hochspannung erzeugen können. Das Prinzip des "Wassertropfengenerators", auch Kelvin-Generator genannt, wurde 1867 durch den britischen Physikers William Thomson beschrieben und beruht auf einer positiven Rückkopplung von Ladungsverschiebungen. Das Funktionsprinzip ist bei Wikipedia ausführlich beschrieben, so dass ich mir die theoretischen Hintergründe an dieser Stelle erspare und lieber gleich zum spannenderen, praktischen Teil übergehe.🙂
Dazu habe ich mir aus Holzresten und anderem vorhandenem Material folgende einfache Vorrichtung gezimmert:
Die Konstruktion ist recht einfach: Oben auf dem Holzgestellt befindet sich eine Plastikbox als "Wasser-Reservoir". Zwei an deren Unterseite angebrachte Kabeldurchführungen dienen als Wasserauslass. Darunter stehen - zur besseren elektrischen Isolierung auf zwei umgedrehten Plastik-Untersetzern - zwei kleine Blechdosen. An jede der beiden Dosen ist ein Stück Draht schräg angelötet, an dessen oberen Ende wiederum ein aus Weißblech hergestellter Ring angelötet ist. Die beiden Dosen sind so aufgestellt, dass sich die beiden Drahtstücke überkreuzen, aber nicht berühren; der Abstand zwischen den beiden Drähten beträgt am Kreuzungspunkt ca. 3-4 mm. Durch Auf- und Zudrehen der Kabeldurchführungen an der Unterseite der Plastikbox kann der Wasserstrahl in gewissen Grenzen reguliert werden. Die Düsen sollten so eingestellt sein, dass der Wasserstrahl auf beiden Seiten etwa auf der Höhe der Blechringe oder etwas darüber zu einzelnen Tropfen abreißt.
Während das Wasser aus beiden Düsen durch die Blechringe in die Dosen läuft, laden sich die beiden Dosen elektrisch auf – die eine positiv, die andere negativ. Ist die Spannung groß genug, dann entlädt sie sich in Form eines kleinen Funkens zwischen den beiden Drähten, was auch als Knacken in dem links daneben aufgestellten Radio zu hören ist, das auf den unteren Mittelwellen-Bereich eingestellt ist.
Rechts befindet sich ein ebenfalls aus Reststücken (Marmeladenglas, Kabeldurchführung, Draht, 2 Streifen Alufolie mit kleinem Loch, Metallbuchse) gebasteltes Elektroskop. Dieses ist durch ein Kabel mit Krokodilklemme mit einer der Blechdosen elektrisch verbunden. Während die Ladung steigt, gehen die beiden Alustreifen aufgrund der Abstoßung gleichnamiger Ladungen immer weiter auseinander. Wenn dann nach einigen Sekunden die Spannung hoch genug ist und der Entladungsfunke überspringt, was im Radio als Knacken zu hören ist, fallen die beiden Alustreifen wieder zusammen, um dann erneut allmählich auseinanderzugehen, während die Ladung steigt. Das geht so lange, bis das Wasser in der oberen Box verbraucht ist.
Der Entladungsfunke wird noch besser sichtbar, wenn man an die beiden Dosen eine kleine "Funkenstrecke" anschließt:
Den Abstand zwischen den beiden diagonalen Drahtstücken habe ich dabei etwas vergrößert, damit der Funke nicht dort überspringt, sondern innerhalb der Funkenstrecke.
Die Spannung reicht sogar aus, um eine Kaltkathodenröhre aus einem defekten Scanner aufleuchten zu lassen. Eine solche habe ich dazu anstelle der Funkenstrecke an die beiden Dosen angeschlossen (man könnte sicherlich auch eine alte Kompaktleuchtstofflampe ohne die darin befindliche Elektronikschaltung nehmen, wenn man gerade eine da hat):
Immer wenn die Zündspannung der Röhre erreicht wird (einge kV), blitzt diese kurz auf. (Auch hier ist dann ein Knacken im Radio zu hören.)
Auch wenn die erzeugte Spannung durchaus bei mehren Kilovolt liegen kann, ist die von diesem Versuchsaufbau erzeugte Ladungsmenge so gering, daß man die Blechdosen ohne Weiteres anfassen kann, ohne eine "gewischt" zu bekommen.
Bei Youtube gibt's übrigens noch jede Menge mehr (und bessere) Videos dazu (Stichwort: Kelvin Water Dropper).
(Artikel aktualisiert am 12.01.2026)
Quelle: