7. vprašanje. Kaj veš o Leiden Bank?
7 F 4
Muschenbroekova izkušnja:
Leyden jar - prvi električni kondenzator,
izumila nizozemska znanstvenika Muschenbrek in njegov učenec Kuneus leta 1745 v Leidnu.
Dielektrik v tem kondenzatorju je bilo steklo posode, plošče pa voda v posodi in eksperimentatorjeva dlan, ki je držala posodo. Izhod notranje obloge je bil kovinski prevodnik, ki je bil speljan v posodo in potopljen v vodo.
Kot mnogi izumi je bil tudi to vrhunec evolucijskega procesa, v tem primeru tistega, ki je povezal niti odkritij, ki so se začela pred 200 leti. To je bilo prvo zabeleženo opazovanje lastnosti električnega naboja. Ta primitivna naprava je obrnila kroglo žvepla. Ko ga je von Guericke prijel za roko, je žoga oddajala iskre statične elektrike.
Leyden kozarec iz Royala
Ta steklena viala, delno napolnjena z vodo in zaprta z zamaškom, prebodenim z žebljem, je bila prva naprava, ki je lahko shranila električni naboj. Statična elektrika se je v kozarcu nabrala zaradi dotika žeblja z naelektreno palico. Ta naboj je bil nato izstreljen v enem strelu, pri čemer se je z ozemljenim predmetom dotaknil žeblja; ko je van Mussenbroeck to naredil s prstom, so bili ogromni izpusti dovolj, da so ga ubili.
Znanstvenik je o svojih občutkih zapisal: »Bakreno žico, katere konec je bil potopljen v okroglo stekleno posodo, delno napolnjeno z vodo, sem jo držal v desni roki, z drugo roko pa sem skušal iz naelektrenega izvabiti iskre. sod. Nenadoma me je udarila v desnico s tako močjo, da se mi je vse telo streslo, kot bi ga udarila strela. Posoda, čeprav je narejena iz tankega stekla, se navadno ne razbije od tega udarca, ampak roka in vse telo sta prizadeta tako strašno, da niti ne morem reči, z eno besedo, mislil sem, da je konec pridi...”
Poskusi z obsežnimi nevihtami. V Ameriki je Benjamin Franklin eksperimentiral z Leydenovim kozarcem in se spraševal, ali so prasketajoče iskre oblika strele in poleg tega je strela oblika elektrike. Imel je dve tanki kovinski plošči, eno prekrito z vulkanitom in drugo z izoliranim ročajem. Plošča je nastala z drgnjenjem mačje dlake po plošči, prekriti z vulkanitom. Drugi disk je bil uporabljen za prenos naboja v Leyden kozarec, kar je omogočilo, da se je zelo velik naboj zgradil po stopnjah.
Menihi so v vsaki roki držali en konec osemmetrske železne žice in skupaj so njune povezovalne žice tvorile več kot miljo dolgo črto. Z zaključkom vrste je Abbé Jean Antoine Nollet, slavni francoski učenjak, prevzel dres Leidena in ga brez opozorila povezal z menihom, kar jim je dalo močan električni udar. Hkratni vzkliki in upogibi dolge črte so pokazali, da se lahko električna energija prenaša na velike razdalje; in kolikor je Nolle lahko povedal, se je v trenutku dotaknil te razdalje, kar je nakazalo, da bi jo lahko uporabili za pošiljanje sporočil na velike razdalje neprimerljivo hitreje, kot bi jih lahko poslal človeški sel.
Izkazalo se je, da se lahko v posodah, o katerih piše Muschenbrek, elektrika kopiči v zelo velikih količinah. Tako je bil odkrit kasneje slavni "Leyden jar" - najpreprostejši kondenzator.
Novice o Leydenskem kozarcu z visoka hitrost razširila po vsej Evropi in takrat še ne preveč razsvetljeni Ameriki. Muschenbreck, ki je bil že znan, je postal znamenitost Leidna. Zlasti Peter Veliki ga je srečal, ko je delal v ladjedelnicah na Nizozemskem. Kasneje je Peter naročil različne instrumente za novo Akademijo znanosti posebej za Muschenbreka »po naročilu«.
Luigi Galvani, italijanski anatom in Voltin prijatelj, je z elektroforji preučeval učinke statične elektrike na noge razkosanih žab. Opazil je, da so trznile, ko se jih je dotaknila naelektrena palica. Nato je na medeninaste kavlje, ki so počivali na železni rešetki, postavil vrsto šap, nevihto. Na Galvanijevo presenečenje so mu noge po nevihti še naprej trzale. Galvani je ugotovil, da bi trznili, ko bi se dotaknili dveh kovin, in predlagal, da je to posledica nečesa, kar je imenoval "živalska elektrika".
Električna energija. Volta je slišal za Galvanijev poskus in se spraševal, ali električni tok ne zaradi neke lastnosti mišice, ampak zaradi stika med obema kovinama. Volta je imel slabost, da se je tok, ki ga proizvaja, hitro zmanjšal zaradi polarizacije.
V laboratorijih, aristokratskih salonih in na sejmih so prirejali več neverjetnih izkušenj, neprijetno, smešno in vznemirljivo hkrati.
Francoska prestolnica seveda ni mogla ostati stran od »leidenske epidemije«. 700 pariških menihov se je držalo za roke in izvedlo eksperiment v Leidenu. V trenutku, ko se je prvi menih dotaknil glave vrča, je vseh 700 menihov, zmanjšanih za en krč, zakričalo od groze.
Danielova komora se je izognila polarizaciji tako, da je imela bakrovo elektrodo, potopljeno v raztopino bakrovega sulfata, ki tvori zunanjo lupino celice, in cinkovo elektrodo, potopljeno v raztopino cinkovega sulfata v sredini. Porozna skodelica je ohranjala dve raztopini elektrolitov ločeno. Namesto da bi proizvedel vodik, se je baker naložil na bakreno elektrodo in tok je tekel naprej.
Vsebovala je ogljikove in cinkove elektrode v raztopini amonijevega klorida ter mešanico ogljikovih zrn in manganovega dioksida, da bi absorbirala morebitni proizvedeni vodik. To je formula, ki se uporablja v baterijah s suhimi celicami, ki napajajo toliko današnjih električnih pripomočkov.
180 kraljevih mušketirjev je podoben poskus izvedlo tudi pred kraljem v Versaillesu. Celo disciplina stražarjev je bila nemočna pred udarcem leydenskega kozarca: »Prvi je držal kozarec v prosti roki, zadnji pa je izvabil iskro; Udarec so občutili vsi hkrati. Zelo zanimivo je bilo videti različne kretnje in slišati trenutni krik presenečenja, ki izbruhne iz večine tistih, ki prejmejo udarec.«
Njegovo zanimanje za elektriko je sprožila zgodovina tega predmeta, ki jo je napisal angleški kemik Joseph Priestley. Kot profesor na univerzi v Padovi se je posvetil študiju statične elektrike. Francoski cesar mu je podelil legijo časti in ga imenoval za grofa.
Po Georgeu Washingtonu je bil verjetno najbolj znan Američan tega obdobja. Bil je pisatelj, tiskar, založnik, izumitelj in znanstvenik, ki je postal diplomat ter igral ključno vlogo pri zastopanju kolonij v pogajanjih z britansko krono in parlamentom. Sodeloval je pri pisanju Deklaracije o neodvisnosti, ameriške ustave in pogodbe, ki je 13 nekdanjim britanskim kolonijam podelila neodvisnost.
Ta poskus je izvedel kraljev dvorni "električar", ki je bil posebej zadolžen za različne električne zabave, opat Nolle.
Kljub neprijetnemu občutku je poskusu želelo na tisoče in tisoče ljudi.
Izdelane so bile nove pločevinke, vse močnejše.
Leydenski kozarec je postal nepogrešljiv atribut električne raziskave. Z njegovo pomočjo so se proizvajale velike električne iskre - včasih do nekaj centimetrov.
Kot izumitelj je razvil bifokale in kamin Pennsylvania, peč na drva, ki je lahko ustvarila več toplote kot običajna železna peč z uporabo lesene rešetke in nadzorom pretoka zraka z drsna vrata. Ogrel je milijone kmetije in mestne hiše ter se proizvaja še danes.
Njegova nepremišljena demonstracija električnih učinkov strele je tako navdušila Kraljevo družbo, da so ga imenovali za člana. Franklin je to odkritje uporabil za izum strelovoda, kar je nakazovalo, da bi bile zgrajene na ostrih kovinskih palicah visoke zgradbe in prizemljen na tla.
Električni poskusi so pridobili izjemno popularnost. Postali so ena najbolj izvrstnih zabav.
Cele predstave, zabavni, skoraj gledališki spektakli so se izvajali pred navdušenimi gledalci.
Predavatelji ali morda sploh ne predavatelji, ampak ambasadorji nova doba, skušnjavci duš, vžigalci src, znanilci novih odkritij potovali po svetu, zapuščali
Franklin je izvedel številne druge električne poskuse, skoval izraze, povezane z elektriko, kot so baterija, prevodnik, negativ in pozitiv, ter izdal dobro cenjeno knjigo o tej temi. Prva naprava, ki je lahko shranjevala električni naboj, je bil Leydenski kozarec. Med eksperimentiranjem z elektriko se je s svojim električnim generatorjem skozi zamašek dotaknil nohta, zataknjenega v steklenički z zdravilom. Kasneje je doživel hud šok, ko se je dotaknil žeblja.
Čeprav ni razumel, kako deluje, je odkril, da lahko žebelj in kozarec začasno shranita elektrone. Danes bomo to napravo imenovali kondenzator. Kondenzatorji se uporabljajo v kateri koli obliki elektronska oprema. Von Kleist je bil morda prvi, a je danes skoraj pozabljen. S pločevinko s kovinsko palico v vodi se je dotaknil palice svojega elektrostatičnega generatorja. Zdelo se je, da se ni nič zgodilo, toda ko se je moški, ki je držal vrč, dotaknil palice, je doživel izjemen šok.
Leta 1746 so se pojavile različne modifikacije Leydenovega kozarca z oblogami iz folije, z notranjo oblogo iz kovinskih opilkov ali strel itd. Leydenski kozarec je omogočal kopičenje in shranjevanje relativno velikih nabojev, velikosti mikrokulona.
Leyden kozarec iz Royala
Škotski muzej v Edinburghu
Osnova sodobnega elektrofornega stroja za izvajanje poskusov iz elektrostatike v šoli.
Trženje je vse in novica o odkritju Van Mussenbroeka se je hitro razširila po Evropi in po svetu. Leydenski kozarec je postal zelo pomemben pri raziskavah elektrotehnike. Kompaktnejši in lažji za premikanje kot elektrostatični generator, eksperimentatorji lahko napolnijo svoje kozarce in odnesejo shranjeno elektriko s seboj v laboratorij ali zunaj. Benjamin Franklin je uporabil Leydenove kozarce v svojih slavnih poskusih z zmaji. Stoletje kasneje so Leydenovi kozarci in kondenzatorji postali pomembni v električni razsvetljavi, radiu in številnih drugih praktičnih aplikacijah.
 |
Leyden jar je kondenzator
Kondenzatorji so nepogrešljiv element vseh elektronskih vezij, od preprostih do najbolj zapletenih. Težko si je predstavljati katero koli elektronsko vezje, ki ne uporablja kondenzatorjev. V dveh stoletjih in pol svojega obstoja so precej spremenili svojo podobo in danes izpolnjujejo vse zahteve napredna tehnologija. Nekateri kondenzatorji ne stanejo več kot rubelj, vendar njihova proizvodnja v svetovnem merilu znaša milijarde dolarjev. Leiden ena od vrst električnih kondenzatorjev; včasih imenovana Kleistov kozarec. Leyden kozarec je steklena posoda, katere notranja in zunanja površina sta prekriti z dvema listoma folije. V posodo skozi gumijasti zamašek vtaknemo kovinsko palico, da se dotika notranji list folijo. Notranji in zunanji listi folije, v normalne razmere z nevtralnim nabojem igrajo vlogo elektrod, če so priključene na zunanji vir električni naboji. Kozarec morda nima notranje obloge, vendar mora biti v njem na primer tekočina. voda; kozarec morda nima zunanje obloge, vendar ga morate v tem primeru pri nalaganju zapreti z dlanmi; Takšna je bila banka v prvotni obliki.
Leydenski kozarec je isti predmet, ki ga omenja besedna zveza "catching lightning in a bottle", kar pomeni ujeti nekaj močnega in izmuzljivega, nato pa ga lahko držimo in pokažemo svetu. Kako deluje Leyden kozarec je valjasta posoda iz dielektričnega materiala s plastjo kovinske folije znotraj in zunaj. Ko je zunanja površina ozemljena, se na notranjo površino naelektri. To daje zunanjosti enak, vendar nasproten naboj. Pri zunanjem in notranja površina povezan z vodnikom, dobite iskro in vse se vrne v normalno stanje.
Kleist, ki ni vedel za eksperimente v Leidenu, je izdelal podobno napravo.
Muschenbrock, da bi se izognili bolečim izkušnjam ob izcedku iz kozarca človeško telo se je domislil uporabe kovinskega razbremenilnika in da bi dosegel večji učinek pločevink, je ustvaril prvo baterijo treh pločevink. Gralat, Watson, Bevis in drugi so postopoma izboljšali zasnovo L. pločevink in baterij. Teorija delovanja L. pločevink je enaka splošni električni kondenzator, je njegova prednost pred ploščastim kondenzatorjem v večji površini in zaprtosti pri ostalih enakih pogojih.
Količina naboja, ki ga lahko shrani ena od teh naprav, je povezana z napetostjo, ki se uporablja zanjo, pomnoženo z njeno zmogljivostjo. Preprosto povedano, kapacitivnost je odvisna od površine folije ali kovine, vrste materiala med obema slojema folije in debeline tega materiala.
Ime je dobila po kraju, Univerzi Leiden, kjer je bila izvedena večina zgodnjih poskusov. Te naprave, čeprav precej skromne, so pomenile velik preboj v zgodovini elektrike, saj so bile prvi kondenzatorji in so kot take lahko hranile električni naboj. Znanstveniki že stoletje ustvarjajo statično elektriko z elektrostatičnimi generatorji; zdaj imajo končno prostor za povedati!
Vir naboja za Leyden kozarec je lahko električna baterija, generator itd. Ali pa preprosta ebonitna palica, ki jo podrgnete po volni ali krznu. Če se taka palica, ki nosi proste elektrone, dotakne kovinske palice v vratu posode, bodo elektroni tekli od palice k notranji elektrodi. Tako se bo negativni naboj prenesel na notranjo elektrodo. Ker je sposobnost kopičenja nabojev v posodi omejena z medsebojnim odbijanjem, njihov prenos na elektrodo ne more biti neskončen. Sposobnost kopičenja ali zadrževanja nabojev imenujemo kapacitivnost.
Če jih ne poznate, hitro obiščite našo vadnico o elektrostatičnih generatorjih, kjer boste pridobili osnovno razumevanje, kako so te naprave napolnile Leydenove kozarce z nabojem, ki so ga ustvarile. Nato se vrnite k spodnji vadnici, ki podrobneje opisuje, kako se to zgodi in kako se kozarci nato odstranijo.
Zgoraj je naš skromni kozarec Leyden. To ni kopija prvega, ki je bil sestavljen iz kozarca za pivo, napolnjenega z vodo, v katerega je bil skozi zamašek iz izolacijskega materiala, kot je pluta, vstavljen žebelj. Namesto tega ta Leydenova bučka odraža izboljšave prototipa, ki ji je sledil, vključno z dvema ploščama kovinskih kondenzatorjev in ne le z eno.
V Leydenskem kozarcu se zmogljivost poveča s prisotnostjo druge elektrode na zunanji steni posode. Če je ta elektroda ozemljena, bo naboj, nakopičen na notranji elektrodi, pritegnil iz tal enak naboj nasprotnega predznaka. Pozitivni naboj, nakopičen na zunanji elektrodi, privlači negativno nabite elektrone, ki se nahajajo na notranji elektrodi, in delno nevtralizira odbojne sile, ki zavirajo kopičenje elektronov. Zaradi tega se poveča zmogljivost plovila. Vendar pa ne more rasti v nedogled.
Naš Leyden kozarec je torej sestavljen iz steklenega kozarca, ki izolira naša dva prevodnika. Sami prevodniki so izdelani v obliki tanke pločevine kositrne folije, ki je ovita okoli zunaj banke, drugi pa notranji. V kozarcu visi kovinska veriga. Ta veriga je povezana z medeninasto palico, ki poteka skozi izolacijsko leseno kapico in se konča v krogli. Celotna nastavitev je ozemljena, kar pomeni, da je povezana z ozemljitvijo za dokončanje vezja.
Kot lahko vidite, se ti elektroni vodijo vzdolž kovinske palice, vzdolž verige in do notranja obloga pločevinke, na katere je pritrjena veriga. Toda tam naletijo na cestno oviro, ker jim pot blokira steklo, ki deluje kot izolator, in se kopičijo v notranji kovinski oblogi. Medtem se na drugi strani stekla elektroni v zunanji kovinski oblogi odbijajo zaradi kopičenja elektronov na notranji oblogi. Odbiti elektroni pustijo neto pozitivni naboj za prevodnikom.
Obstajata dva načina za povečanje prostornine Leyden kozarca. Eden od njih je povečanje površine elektrod, da se naboji razpršijo po večjem prostoru in s tem zmanjšajo silo medsebojnega odbijanja elektronov. Drugi način je zmanjšanje debeline steklene stene posode, ki ločuje naboje, ki se kopičijo na notranji in zunanji elektrodi. Ne smemo pozabiti, da če je steklo pretanko, lahko skozenj preidejo elektroni, ki ustvarijo iskrico, kar bo povzročilo disipacijo naboja.
Tako na koncu dobite dve kovinski plošči z enakimi, vendar nasprotnimi naboji. Še ena zanimivost: tudi molekule v steklenem kozarcu reagirajo na naboje; negativni naboji v molekulah se premikajo navzven, pozitivno nabita kovina in pozitivni naboji so usmerjeni proti negativnim nabojem v notranjosti.
Kaj zdaj narediš z elektriko, ko jo ujameš v kozarec? No, ljudje so uporabljali zbirko Leydenovih kozarcev kot baterije za nadzor poljubnega števila stvari. Uporabljajo se tudi, kot zdaj, za prikaz osnovnih električni principi. Tukaj bomo tudi demonstrirali.
Obe poti v Leydenskem kozarcu sta težko izvedljivi, vendar sta med tremi klasične metode, ki ga sodobni znanstveniki in inženirji uporabljajo pri razvoju novih modelov kondenzatorjev. Tretja smer povečanja zmogljivosti je upoštevanje posebnosti obnašanja elektronov v izolatorjih. Čeprav elektroni v izolacijski material nepremični, se lahko še vedno rahlo premikajo pod vplivom privlačnih ali odbojnih sil, ki delujejo iz elektrod. Na eni strani dielektrika, ki ločuje elektrodi, se zdi, da elektroni "nabreknejo" pod njegovo površino in ustvarijo negativen naboj, na drugi strani pa se "potopijo" v debelino dielektrika, kar poveča vrednost pozitivnega naboja v podpovršju. območje. Tako naboji, ustvarjeni v dielektriku, prispevajo k nevtralizaciji nabojev na ploščah.
Potem ko se je uveljavila delitev teles na prevodnike in neprevodnike in so se razširili poskusi z elektrostatičnimi stroji, je bilo povsem naravno poskušati »kopičiti« električni naboji v nekaterih steklena posoda kdo bi jih lahko rešil. Med številnimi fiziki, ki so se ukvarjali s tovrstnimi poskusi, je bil najbolj znan nizozemski profesor iz Leidna Muschenbroek (Muschenbreck) (1692-1761).
Ker je vedel, da steklo ne prevaja elektrike, je (1745) vzel steklen kozarec(bučka), napolnjena z vodo, spuščena vanjo bakrena žica visi na vodniku električni stroj in vzamem kozarec desna roka, je svojega pomočnika prosil, naj zavrti kroglo stroja. Hkrati je pravilno domneval, da se bodo naboji, ki prihajajo iz prevodnika, kopičili v steklenem kozarcu.
Ko je začutil, da se je v kozarcu nabralo zadostno število nabojev, se je odločil z levo roko odklopiti bakreno žico. Hkrati je čutil povlecite, se mu je zdelo, da je »prišel konec«. V pismu Reaumurju v Parizu (leta 1746) je zapisal, da te »nove in strašne izkušnje svetujem, da nikakor ne ponoviš« in da »tudi zaradi francoske krone ne bo privolil v takšno izkušnjo. grozen šok."
Tako je nastal Leyden jar (ime po mestu Leiden) in kmalu prvi preprosti kondenzator, ena najpogostejših električnih naprav.
Muschenbruckov poskus je povzročil pravo senzacijo ne le med fiziki, ampak tudi med številnimi amaterji, ki so jih zanimali električni poskusi.
Neodvisno od Muschenbrucka je istega leta 1745 nemški znanstvenik E.G. Kleist. Fiziki so začeli izvajati poskuse z Leydenovim kozarcem različne države, in v letih 1746-1747. Prve teorije o Leydenskem kozarcu sta razvila slavni ameriški znanstvenik B. Franklin in vodja fizikalnega kabineta Anglež W. Watson. Zanimivo je omeniti, da je Watson poskušal določiti hitrost širjenja elektrike tako, da jo je "napravil" "teči" 12.000 čevljev.
Ena najpomembnejših posledic izuma Leydenskega kozarca je bila ugotovitev vpliva električnih razelektritev na človeško telo, kar je privedlo do nastanka elektromedicine; to je bila prva razmeroma razširjena praktična uporaba elektrike, ki je imela veliko vlogo vlogo pri poglabljanju študija električnih pojavov.
Poskus Muschenbruck je v navzočnosti francoskega kralja ponovil opat Nollet. Oblikoval je verigo 180 gardistov, ki so se držali za roke, pri čemer je prvi držal pločevinko v roki, zadnji pa se je dotaknil žice in potegnil iskrico. »Udarec so v enem trenutku občutili vsi; Zanimivo je bilo videti različne kretnje in slišati trenutni krik desetin ljudi.« Iz te verige vojakov izvira izraz "električni tokokrog".
Postopoma je bila zasnova Leydenovega kozarca izboljšana: voda je bila zamenjana s strelom, nato pa je bila zunanja površina prekrita s tankimi svinčenimi ploščami; Kasneje so notranjo in zunanjo površino začeli prekrivati s kositrno folijo in pločevinka je dobila sodoben videz.
Pri raziskavah s kozarcem je bilo ugotovljeno (leta 1746 Anglež B. Wilson), da je količina elektrike, zbrane v kozarcu, sorazmerna z velikostjo oblog in obratno sorazmerna z debelino izolacijskega stebra. V 70. letih XVIII stoletja kovinske plošče niso bile ločene s steklom, temveč z zračno režo - tako se je pojavil najpreprostejši kondenzator.
Veselovsky O. N. Shneiberg A. Ya "Eseji o zgodovini elektrotehnike"