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design & concept; §25 ÖMG: E.C. Fuchs, Leeuwarden
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the floating water bridge ::
     
  "...And now I have only one more remark to make. There will be some amongst you who will ask what use are such experiments as these? I answer that the more we pry into the mysteries of electricity the more we shall be able to apply it to the service of mankind..." (W.G. Armstrong, "Electrical Phenomena", in: "The Newcastle Literary and Philosophical Society", The Electrical Engineer, Feb. 10 (1893) 155)  
 

 

The experimental setup consists of two beakers (100 ml) filled with triply deionized water. When exposed to a high d.c.voltage by putting electrodes into the beakers, water forms a stable, cylindrical bridge between two beakers. PLEASE, DO NOT TRY THIS EXPERIMENT AT HOME ! HIGH VOLTAGE IS DANGEROUS !

The photographs were recorded on a Sony Digicam by J. Woisetschläger and E.C. Fuchs.

Das Experiment verwendet zwei Bechern (100ml), die mit mehrfach deionisiertem Wasser gefüllt werden. Danach werden zwei Elektroden in jeweils einen Becher eingebracht. Legt man eine Hochspannung zwischen diese Elektroden bildet sich eine stabile, zylindrische Brücke aus Wasser zwischen den Behältern. BITTE DEN VERSUCH NICHT ZU HAUSE NACHSTELLEN! HOCHSPANNUNG IST LEBENSGEFÄHRLICH !

Die Fotos wurden mit einer Sony Digicam von J. Woisetschläger
und E.C. Fuchs aufgenommen.

 

Die Schwebende Wasserbrücke :: The Floating Water Bridge
Wasserbrücke :: Waterbridge
Wasserbrücke Infrarot-Aufnahme :: Waterbridge infrared recording
Wasserbrücke :: Waterbridge
Wasserbrücke :: Waterbridge
Wasserbrücke bei geringem Abstand :: Waterbridge with short distance
Wasserbrücke :: Waterbridge
Wasserbrücke :: Waterbridge  
Wasserbrücke :: Waterbridge
Wasserbrücke :: Waterbridge
Wasserbrücke vor rot/blauem Hintergrund :: Waterbridge with red/blue background
3 beakers :: 3 Becher
Brücke mit Masstab :: bridge with scale
Labor Setup :: Laboratory set-up
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    A.H. Paulitsch-Fuchs, A. Zsohár, A.D. Wexler, A. Zauner, C. Kittinger, J. de Valença, E.C. Fuchs, Behavioral study of selected microorganisms in an aqueous electrohydrodynamic liquid bridge, Biochem. Biophys. Rep..(2017) in press
    A.D. Wexler, S. Drusová, E.C. Fuchs, J. Woisetschläger, G. Reiter, M. Fuchsjäger, U. Reiter, Magnetic resonance imaging of flow and mass transfer in electrohydrodynamic liquid bridges,J. Vis. 20 (2017) 97
    A.D. Wexler, S. Drusová, J. Woisetschläger and E.C. Fuchs, Non-equilibrium thermodynamics and collective vibrational modes of liquid water in an inhomogeneous electric field, PCCP 18 (2016) 16281-16292
    E.C. Fuchs, M. Sammer, A.D. Wexler, P. Kuntke, J. Woisetschläger, A floating water bridge produces water with excess charge, J. Phys. D: Appl. Phys. 49 (2016) 125502
    E.C. Fuchs, B. Bitschnau, A.D. Wexler, J. Woisetschläger, F.T. Freund, A Quasi-Elastic Neutron Scattering Study of the Dynamics of Electrically Constrained Water, J. Phys. Chem. B 119 (52) (2015) 15892–15900
    M. Sammer, A.D. Wexler, P. Kuntke, H. Wiltsche, N. Stanulewicz, E. Lankmayr, J. Woisetschläger, E.C. Fuchs, Proton production, neutralisation and reduction in a floating water bridge, J. Phys. D: Appl. Phys 48 (2015) 415501
   

, , , , , The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids, J. Vis. Exp. 91, e51819 (*)

    E.C. Fuchs, A.D. Wexler, A.H. Paulitsch-Fuchs, L.L.F. Agostinho, D. Yntema and J. Woisetschläger, The Armstrong Experiment Revisited, Eur. J. Phys. Special Topics 223 (2014) 959-977 (*)
    E.C. Fuchs, A. Cherukupally, A.H. Paulitsch-Fuchs, L.L.F. Agostinho, A.D. Wexler, J. Woisetschläger and F.T. Freund, Investigation of the Mid-Infrared Emission of a Floating Water Bridge, J. Phys. D: Appl. Phys. 45 (2012) 475401
    Astrid H. Paulitsch-Fuchs, Elmar C. Fuchs, Adam D. Wexler, Friedemann Freund, Lynn J Rothschild, Anvesh Cherukupally and Gert-Jan W. Euverink, Prokaryotic transport in electrohydrodynamic structures, Phys. Biol. 9 (2012) 026006 (11pp)
    J. Woisetschläger, A. D. Wexler, G. Holler, M. Eisenhut, K. Gatterer, E. C. Fuchs, Horizontal bridges in polar dielectric liquids, Exp. Fluids 52 (2012) 193-205
    E.C. Fuchs, A.D. Wexler, L.L.F. Agostinho, M. Ramek, J. Woisetschläger, Methanol, Ethanol and Propanol in EHD liquid bridging, J. Phys. Conf. Ser. 329 (2011) 012003
    L. Piatkowski, A.D. Wexler, E.C. Fuchs, H. Schoenmakera, H.J. Bakker, Ultrafast vibrational energy relaxation of the water bridge, PCCP (2011) DOI: 10.1039/c1cp22358e
    E.C. Fuchs, B. Bitschnau, S. Di Fonzo, A. Gessini, J. Woisetschläger, F. Bencivenga, Inelastic UV Scattering in a Floating Water Bridge, J. Phys. Sc. Appl. 1 (2011) 135-147 (*)
    M. Eisenhut, X. Guo, A.H. Paulitsch-Fuchs, E.C. Fuchs, Aqueous Phenol and Ethylene Glycol Solutions in Electrohydrodynamic Liquid Bridging, Cent. Eur. J. Chem. 9(3) (2011) 391-403 (*)
    E.C. Fuchs, L.L.F. Agostinho, A. Wexler, R.M. Wagterveld, J. Tuinstra, J. Woisetschläger, The behavior of a floating water bridge under reduced gravity conditions, J. Phys. D: Appl. Phys 44 (2011) 025501 (8pp)
    E.C. Fuchs, L.L.F. Agostinho, M. Eisenhut, J. Woisetschläger, Mass and charge transfer within a floating water bridge, Proc. SPIE 7376 (2010) 73761E1-15
    E.C. Fuchs, Can a Century Old Experiment Reveal Hidden Properties of Water?, Water (MDPI) 2(3) (2010) 381-410 (*)
    E. Del Giudice, E.C. Fuchs, G. Vitiello, Collective Molecular Dynamics of a Floating Water Bridge, Water (Seattle) 2 (2010) 69-82
    E.C. Fuchs, P. Baroni, B. Bitschnau, L. Noirez, Two-Dimensional Neutron Scattering in a Floating Heavy Water Bridge, J. Phys. D.: Appl. Phys 43 (2010) 105502 (5pp)
    J. Woisetschläger, K. Gatterer, E.C. Fuchs, Experiments in a Floating Water Bridge, Exp. Fluids 48 (2010) 121-131
    E.C. Fuchs, B. Bitschnau, J. Woisetschläger, E. Maier, B. Beuneu, J. Teixeira, Neutron scattering of a Floating Heavy Water Bridge, J. Phys. D: Appl. Phys. 42 (2009) 065502-6
    E.C. Fuchs, K. Gatterer, G. Holler, J. Woisetschläger, Dynamics of the Floating Water Bridge, J. Phys. D:Appl. Phys. 41 (2008) 185502-7
    E.C. Fuchs, J. Woisetschläger, K. Gatterer, E. Maier, R. Pecnik, G. Holler, H. Eisenkölbl, The floating water bridge, J. Phys. D:Appl. Phys 40 (2007) 6112 - 6114
  Highlight 2007: selected as one of the highlights of the articles published in Journal of Physics D: Applied Physics (J. Phys. D) in 2007. Article chosen to highlight some of the excellent research and reviews published in Journal of Physics D: Applied Physics in 2007. Articles were selected for their presentation of outstanding new research, valuable reviews of the field, the highest praise from our international referees, and the highest number of downloads from the journal's website. For 2007 25 articles were chosen.
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These videos were recorded with a commercial video camera and show the water bridge from different views.

Diese Videos wurden mit einer käuflichen Videokamera aufgenommen und zeigen die Wasserbrücke aus verschiedenen Perspektiven.

mpg video 15.5 MB mpg video 8.4MB
mpg video 65 MB
mpg video 15.5 MB  
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The two following pictures present the force between the two beakers and the respective high voltage (at constant current 0.5 mA) as function of bridge length, as well as the surface temperature of the bridge).

Die folgenden beiden Bilder zeigen die Kraft zwischen den Bechern und die entsprechende Hochspannung (bei konstantem Strom 0,5 mA) als Funktion der Brückenlänge, sowie die Oberflächentemperatur der Brücke.

Kräfte :: Forces Temperatur :: Temperature
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High speed visualization is of special interest during the start-up of the brigde and for the observation of dynamics processes. There are four movies presenting the formation of the bridge, one with projected fringes for surface contouring, one shows the rupture, and two the deflection in the field of an electrically charged glas rod.

Visualisierungen mit Hilfe einer Hochgeschwindikeitskamera sind von besonderem Interesse wenn sich die Brücke bildet und zur Beobachtung dynamischer Prozesse. Es sind vier Filme zur Bildung der Brücke zu sehen, ein Film mit projizierten Streifen zur Oberflächenkonturierung, ein Film zum Abriss sowie zwei Filme Ablenkung im Feld eines elektrisch geladenen Glasstabes.

mpg video 15 MB mpg video 15 MB mpg video 13 MB
mpg video 62.4 MB mpg video 17.3 MB mpg video 13 MB
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mpg video 8.7 MB
         
mpg video 15 MB
 

Mit Hilfe einer Thermografiekamera kann die Temperatur der Wasseroberfläche bestimmt werden. Die folgenden Aufnahmen zeigen die Brücke bei der Entstehung und im Betrieb.

Using a thermographic camera the temperature of the water surface can be measured. The following Movies show the bridge during formation and in operation.

mpg video 15 MB
         
mpg video 15 MB
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Durch die Gestalt der Brücke und Dichtefluktuationen im Inneren wird Licht gebrochen. Verschiedene Projektionssysteme erlauben einen Blick "in das Innere".
By the shape of the bridge and density fluctuations inside the bridge, light is refracted. Different projections systems allow a view "into" the bridge.
mpg video 15 MB

When a parallel fringe pattern (placed on the diffusor in the background) is observed through the bridge, significant distortions in the optical path become visible. These changes in optical path are related to changes in geometry (thickness) and in density.

Betrachtet man ein paralleles Streifensystem (auf der dahinter liegenden Mattscheibe) durch die Brücke, so werden deutliche Schwankungen des optischen Weges durch die Brücke sichtbar. Diese Änderungen des geometrischen Weges sind mit Geometrieänderungen (Durchmesser) und Dichteänderungen verbunden.

mpg video 10.1 MB
(slow motion factor 200)
mpg video 14.6 MB
(slow motion factor 200)
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For this experiment we placed the beakers on electronic scales to record the mass increase and decrease in the beakers. Additionally the bridge was observed with a camcorder and a thermographic camera. Using a thermographic camera the temperature of the water surface can be measured.

Für dieses Experiment wurden die Becher auf elektronische Waagen gestellt um die Massenzunahme und -abnahme bestimmen zu können. Zusätzlich wurde die Brücke mit einer Videokamera und einer thermografischen Kamera beobachtet. Mit Hilfe einer Thermografiekamera kann die Temperatur der Wasseroberfläche bestimmt werden.

mpg video 22.2 MB
(time lapse factor 25)
mpg video 30.6 MB
(time lapse factor 25)
mpg video 20.8 MB
(time lapse factor 25)
mpg video 41.2 MB
(time lapse factor 25)
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When adding a pH dye the change in water pH during bridge operation can be observed. (orange pH 5, yellow pH 6, green pH 7, cyan pH 8 and blue pH 9). Adding the dye changes the conductivity and therefore the bridge dimensions. We did tests with different electrode materials.

Durch Zugabe eines pH Indikators kann die Änderung des pH Wertes des Wassers während des Betriebes mitverfolgt werden (orange pH 5, gelb pH 6, grün pH 7, cyan pH 8 und blau pH9). Durch den pH Indikator ändert sich aber auch die Leitfähigkeit und somit auch die Stärke der Brücke. Zu sehen sind Tests mit verschiedenen Elektrodenmaterialien (Platin, Silber, Aluminium).

Pt Ag Al Pt
     
Pt
mpg video 35.5 MB (time lapse factor 25)
Pt
mpg video 17 MB (time lapse factor 25)
Pt
mpg video 19.3 MB (time lapse factor 25)
Pt
mpg video 19.3 MB (time lapse factor 25)
Ag (with electrolysis)
mpg video 12.8 MB (time lapse factor 25)
Al (with electrolysis)
mpg video 19.3 MB (time lapse factor 25)
   
  Pt, low voltage reference (70V), single beaker, no bridge
mpg video 13.5 MB (time lapse factor 25)
 
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Adding small particles helps to visualize the bridge's surface flow. The particles were polyamide spheres with 5 micrometer diameter, with and without fluorescence coating.

Die Zugabe von kleinen Teilchen ermöglicht die Visualisierung der Oberflächenströmung der Brücke. Hierbei handelte es sich um Polymidküglechen mit 5 Mikrometer Durchmesser mit und ohne Fluoreszenzbeschichtung.


mpg video 62.4 MB
(slow motion factor 80)
  mpg video 17 MB
(realtime, fluorescent particles)
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The two first movies show the bridge between crossed polarizers. Brewster angle reflexion of light at small bubbles could cause the observed change in polarization direction. In the third movie a laser beam is focused into the bridge. Close to the surface the light is scattered a microscopic structures - probably a bubble network. In the fourth movie a small amount of Rhodamine B (predissolved in ethanol) was added first to the anode beaker and then to the cathode beaker.

Die ersten zwei Filme zeigen die Brücke zwischen gekreuzten Polarisatoren. Reflexion von Licht unter dem Brewsterwinkel könnte die beobachtete Änderung der Polarisationsrichtung erklären. Im dritten Film wird ein Laserstrahl in die Brücke fokusiert. In der Nähe der Oberfläche kommt es zur Streuung des Lichts an mikroskopischen Strukturen - vermutlich ein Bläschennetzwerk. Im vierten Film wird zuerst dem Anodenbecher, dann dem Kathodenbecher ein kleine Menge in Ethanol vorgelöstes Rhodamin B beigegeben.

mpg video 21 MB
(polarizer -45°, analyzer 45°)
mpg video 17.4 MB
(polarizer 0°, analyzer 90°)
mpg video 10.1 MB
  mpg video 81.2 MB
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The bridge was operated under different atmospheres. Under Helium no bridge started. When carbon dioxide was added, the bridge became smaller in diameter (second movie).

Die Brücke wurde unter verschiedenen Atmosphären in Betrieb genommen. In Helium startete keine Brücke. Durch Zugabe von Kohlendioxid verringerte sich der Brückendurchmesser (zweiter Film).

mpg video 13.2 MB   mpg video 26.1 MB
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Selected water bridge links
Homepage of Prof. Dr. Jakob Woisetschläger
         
    Die Schwebende Wasserbrücke :: The Floating Water Bridge - PTC TU Graz Institute of Physical and Theoretical Chemistry, TU Graz, water bridge site  
  Water Bridge on Physorg.com physorg.com water bridge report  
  The water bridge at nature news Nature News water bridge report  
  Ambassade de France en Autriche Ambassade de France en Autriche water bridge report  
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