Sto osiemdziesięciu królewskich gwardzistów w ceremonialnych mundurach w Wersalu, w obecności Jego Królewskiej Mości króla Francji, dołącza do rąk i tworzy duży krąg. Czytelnik będzie zaskoczony, ale jesteśmy obecni przy jednym z publicznych eksperymentów z elektrycznością, tak modną w drugiej połowie XVIII wieku.
W połowie XVIII wieku tzw « leyden jar» prawdopodobnie pierwszy na świecie kondensator, magazyn dużych ilości energii elektrycznej.
Peter Mushenbrock, profesor matematyki z Leiden, odkrył, że w szklanym słoju z pozostałościami rtęci i długiej gwoździem "zakorkowanym" elektryczność wprowadzona przez korek może być przechowywana przez dłuższy czas. Słoik był czasem owinięty folią metalową - gwóźdź i folia służyły jako płyty kondensatora, szkło oddzielało je i gromadziło ładunki.
Możliwe było ładowanie słoika Leyden prądem elektrycznym za pomocą specjalnej " samochód elektryczny»Guericke, reprezentujący kulę siarki, osadzoną na żelaznej osi. Kula została gwałtownie obrócona, dotykając jej ręką lub pasem napędowym, jak to teraz mówimy, ładunki elektrostatyczne. Żelazna oś Guericke i gwóźdź w słoiku Leydena można łatwo połączyć z metalowym drutem - w słoiku zgromadzi się dużo energii elektrycznej, którą możesz też zabrać ze sobą ...
Elektryczny łańcuch stu osiemdziesięciu strażników na rozkaz "zamknął się" przez słoik Leydena: na jednym końcu łańcucha pierwszy gwardzista dotknął metalowej folii z bankiem, a na drugim końcu gwardzista, ostatni w łańcuchu, dotknął paznokcia wystającego z korka . Wszyscy wartownicy natychmiast poczuli silny wstrząs elektryczny!
"Ciekawe było zobaczyć," napisał naoczny świadek tego doświadczenia, "rozmaite gesty i słyszeć krzyki, wykręcone z zaskoczenia przez większość tych, którzy otrzymali cios".
Nie przez przypadek nazywaliśmy wszystko, co się wydarzyło "doświadczeniem". Było to niewątpliwie naukowe doświadczenie, które wykazało, bez wiedzy i pożądania uczestników, nie tylko wystarczająco wysoką konduktywność ludzkiego ciała w odniesieniu do prądu elektrycznego, ale nawet jedno z praw. obwody elektrycznektóry zostanie zainstalowany w laboratorium sto lat później - z połączenie szeregowe duża liczba przewodów elektrycznych w całym obwodzie przepływa przez ten sam prąd elektryczny.
Król Francji dwukrotnie uczestniczył w "pokazie elektrycznym". Jest mało prawdopodobne, że pragnienie ujrzenia tego spektaklu po raz drugi było spowodowane naukową ciekawością monarchy. Przeciwnie, chciał raz jeszcze spojrzeć na "różnorodność gestów" i usłyszeć "krzyki" ...
Do produkcji słoików Leyden można zabrać szklane słoiki z puszkowanych owoców, butelek z szeroką szyjką lub po prostu szklanki do herbaty. Pojemność kondensatora - słoik Leydena zależy od jego objętości. Dlatego, aby zgromadzić więcej energii elektrycznej, musisz zrobić więcej i słoik Leyden. Najbardziej odpowiednie do tego są puszkowane puszki o pojemności 0,5 lub 1 litra. Musimy wziąć cztery identyczne banki.
Wszystkie puszki na 3/4 wysokości należy wkleić folią stanoli - cynową do pakowania herbaty, czekolady i innych produktów. Również wklejone banki i wewnątrz. Konieczne jest przyklejenie dna pojemnika stanilem po obu stronach. Jednocześnie konieczne jest zapewnienie, że fałdy i łzy nie działają na staniola. Jeśli gdzieś będą małe dziury, utkną one w kółko Staniela. Klej stanyol może być klejem biurowym. Możesz zrobić bez wewnętrznej podszewki puszki, ale po prostu wlać trochę do puszki drobno ciętej folii i wyciągnąć do niej odbiornik z drutu.
Odbiornik do słoików Lejdena może być wykonany na różne sposoby. Odbiornikiem jest metalowy pręt z kulką lub pętelką na końcu, który służy do połączenia wewnętrznej wykładziny puszki z przewodem maszyny elektrycznej. Można go zamocować w puszce za pomocą szerokiego pierścienia wykonanego na przeciwległym końcu pręta. Pierścień powinien pasować ciasno w banku na dno. Można również przekręcić spiralę na wewnętrznej średnicy puszki. Jeśli do puszki używana jest butelka z szeroką szyjką, pręt jest mocowany w korku zamykającym butelkę. Pręt powinien sięgnąć dna puszki i ściśle przylegać do stanilu. Aby nie zarysować i nie przebić się przez wewnętrzną podszewkę puszki, na końcu drążka trzeba również zrobić mały pierścień, który może przejść przez szyjkę butelki. Jeśli gardło butelki nie pozwala na wklejenie jej wnętrza, wówczas wewnętrzna wyściółka puszki zostanie zastąpiona wodą wlaną do niej z niewielką ilością soli. Poziom wody musi odpowiadać poziomowi okładziny zewnętrznej. Możesz wlać ułamki w butelce na ten sam poziom.
Bateria słoików Leyden jest łatwa. Wszystkie puszki odbiorników są ze sobą połączone nago drut miedziany, a banki są zainstalowane na planszy, wklejone stanoli. Taka bateria zgromadzi elektryczność cztery razy więcej niż jeden bank. Wytwarzanie słoików z Lejdem i ich baterii pokazano na rys. 5 a i b.
Ryc. 5. Leyden banki i ich połączenie z akumulatorem.
a - słoiki Leydena, b - bateria słoików Leydena, c - wyładowarka.
Angielski chemik, fizyk i historyk nauki, Joseph Priestley, nazwał Leyden doświadczeniem najbardziej niezwykłego odkrycia w dziedzinie elektryczności. To doświadczenie, którego kulminacją było wynalezienie pierwszego kondensatora, było naukową sensacją XVIII wieku: wszyscy byli zachwyceni długą iskrzącą się iskrą i byli zdumieni "porażeniem elektrycznym", kiedy słoik Leydena został wyrzucony przez ciało eksperymentatora; eksperci docenili zdolność słoika Leydena do gromadzenia dużego ładunku i utrzymywania go przez długi czas.
W muzeum-nieruchomości "Arkhangelskoye" pod Moskwą znajduje się obraz artysty Charles-Amedey Van Loo "Electric Experience" (1777). Czym właściwie jest to doświadczenie, tak autentycznie przedstawione przez artystę?
Przed wynalezieniem "słupa elektromagnetycznego" (1799) jedynie maszyny oparte na elektryfikacji przez tarcie służyły jako laboratoryjne źródła energii elektrycznej. Taka maszyna jest przedstawiona na zdjęciu - szklana kulka, która podczas obracania ociera się o podkładkę i wytwarza ładunek (przedtem piłka była pocierała prawie o dłonie asystenta). Dziewczyna przedstawiona na środku obrazu stoi na stojaku izolacyjnym. Obrót, który dziewczyna trzyma w lewej ręce, prawie dotyka obracającej się kulki. Widoczne są iskry między piłką a prętem. Ciało ludzkie jest generalnie dobrym dyrygentem, więc druga laska, którą dziewczyna trzyma w prawej ręce, jest również naładowana.
Głównym uczestnikiem tego doświadczenia jest biedny Murzyn. W prawej ręce trzyma naczynie z wodą, gdzie wspomniany właśnie pręt jest zanurzony. Statek to Leyden Bank w pierwotnej formie (1745). W słoiku Leydena przedstawionym na zdjęciu szkło służy jako dielektryk, woda jako elektroda wewnętrzna, a dłonie eksperymentatora jako zewnętrzna elektroda. Zdjęcie pokazuje moment ładowania kondensatora. To zajmie chwilę, Murzyn przyniesie jej wolną rękę do pręta, iskra wślizgnie się między pręt i dłoń - i kondensator zostanie wyładowany przez negro, który dozna wstrząsu elektrycznego.
Jedno z pierwszych badań Leyden Bank przeprowadził amerykański naukowiec, oświecający i polityk Benjamin Franklin, który stwierdził w szczególności, że opłaty równe wielkości i przeciwne w znaku są gromadzone w banku Leyden w tym samym czasie.
Franklin zastanawiał się, gdzie właściwie są ładunki "siedzieć" w słoiku z Leyden. Franklin zrobił to doświadczenie, aby uzyskać odpowiedź na to pytanie. Załadował słoik Leydena, a następnie wyjął z niego pręt i wylał "naelektryzowaną" wodę do innego naczynia. Doświadczenie Leidena z tym statkiem nie zadziałało, ale przez nalewanie nowej wody do pierwszego słoika Leydena, Franklin wyładował go przez swoje ciało i doznał porażenia prądem elektrycznym o prawie takiej samej mocy, jakby nie wylał "naelektryzowanej" wody. Franklin doszedł do wniosku, że ładunki "zasiadły" w szkle, a nie w wodzie, jak po raz pierwszy zasugerował.
Doświadczenie to opisuje wielu historyków nauki, którzy jednocześnie jednoznacznie lub pośrednio potwierdzają słuszność konkluzji Franklina. Niestety, badanie Addenbrooke (1922), które wykazało błędne wnioski Franklina, poszło prawie niezauważone.
Addenbrook wykonał składany kondensator składający się z trzech cylindrów: jednego szkła i dwóch metalowych, ściśle przylegających do szkła od wewnątrz i na zewnątrz, odpowiednio. Naukowiec naładował taki kondensator, a następnie starannie go zdemontował i zetknął się ze sobą metalowymi cylindrami. Jeśli cylindry zostały naładowane, to naturalnie powinny zostać rozładowane. Addenbrook ponownie zamontował skraplacz. Podobnie jak w przypadku Franklina, kondensator był ładowany prawie tak samo, jak pierwotnie. Ale Addenbrook nie spieszył się z potwierdzeniem wycofania się Franklina. Zrobił podobny eksperyment z cylindrem parafinowym zamiast szklanym, iw tym przypadku wynik był przeciwieństwem jednego z Franklina: odzyskany kondensator był nienaładowany, a ładunki, jak się okazało, "usiadły" na metalowych cylindrach galwanicznych (oczywiście, przed ich kontaktem).
Addenbrook stwierdził, że "efekt Franklina" jest spowodowany filmem wodnym, który w normalnych warunkach jest zawsze pokryty szkłem. Faktem jest, że ładunki w równowadze znajdują się na powierzchni dyrygenta, którego rolą jest właśnie film wody. Podczas usuwania przewodnika (np. Spuszczania wody) prawie wszystkie ładunki przewodnika pozostają na tym filmie. Jeśli ostrożnie osuszysz szkło i przeprowadzisz eksperyment w suchej atmosferze, nie zaobserwujesz "efektu Franklina".
Oczywiście w doświadczeniu Franklina zawsze pojawia się "przepływ" jonów na szkle, ale ten efekt jest nieistotny. W tym przypadku efekt elektretowy również nie ma znaczenia. Należy zauważyć, że film wodny na obrzeżu statku Leiden nie zakłóca ładowania z powodu niskiej ruchliwości jonów (wyładowanie kondensatora przez folię jest znacznie wolniejsze niż ładowanie).
Istnieje wiele problemów fizyki szkolnej, w których mówimy o eksperymentach myślowych związanych z usuwaniem i wymianą dielektryków kondensatorów. W tym przypadku milcząco sugeruje się, że "efekt Franklina" jest nieobecny, tj. Ładowane są tylko płytki kondensatora. Jak widać, w rzeczywistości sytuacja jest bardziej skomplikowana.
Wielu naszych współczesnych jest tak przyzwyczajonych do manifestacji otaczającej nas rzeczywistości, że w pewnym stopniu już ich nie zauważają. Ludzie żyją w oczekiwaniu na coś niewytłumaczalnego, chociaż prawdziwe cuda otaczają nas wszędzie. Co może być prostsze niż kliknięcie przycisku przełącznika na żarówka przerwał ciemność w pokoju!? Lub wejdź na podłogę po prostu naciskając przycisk w windzie. Czy to nie cud?
Chociaż czas trwania praktycznego wykorzystania ludzkości moc elektryczna Ma tylko kilkaset lat, co jest tylko momentem dla historii, w którym to czasie dokonano wielu odkryć. Niektóre z nich są znane nawet teraz (tak samo warte jest słynne prawo Ohma!), Podczas gdy inne są pamiętane tylko przez historyków, a czasami przez nauczycieli w instytucjach edukacyjnych. Na przykład, jakie skojarzenia pojawią się u przeciętnego człowieka z napisem "banki Leyden"? Instytucje finansowe, urządzenia medyczne i być może "trudne" pojemniki do konserwowania warzyw? Jest to jednak całkiem naturalne, ponieważ nawet nie każdy elektryk odgadnie, że Leyden Bank jest prototypem nowoczesności kondensatory elektryczne. Chociaż konstrukcja jest niezwykle prosta, teoretycznie, przy odpowiednim udoskonaleniu, takie urządzenia mogą z powodzeniem działać jako część obwodów elektrycznych.
Każdy uczeń wie, że jeśli otoczysz plastikową rączką włosy, to kiedy zbliżą się do innych przedmiotów, w szczelinie pojawi się iskra. Podobna zasada stosowana jest w banku Leiden. W XVIII wieku niemiecki Gerike zademonstrował świeckiemu społeczeństwu instalację opartą na dużej szklanej kuli z wbudowaną osią. Najprostszy sprawił, że się zakręcił. Dotykając kawałka skóry, można było spowodować pojawienie się iskier elektrycznych i niewidzialne W obiektach w strefie linii powstały i akumulowały się (skondensowane) prądy.
1745 to data otwarcia banku Leiden. Fizyk Mushenbruck z Leiden odgadł, że wlewa wodę do słoika, wkłada tam kawałek drutu, ostrożnie bierze pojemnik dłońmi i doprowadza go do działającego elektroforu. Po dotknięciu wystającej części drutu, naukowiec otrzymał porażenie prądem. Jest teraz jasne, że ręce człowieka i woda w słoju służyły jako tak zwane teraz płyty kondensatorów, a szklana ściana naczynia jest warstwą izolacyjną. Leiden Bank może zgromadzić tyle elektryczności, że wystarczy przejść przez sieć 700 osób. Było oczywiste, że potencjał tego odkrycia jest ogromny. To właśnie w Leiden powstała produkcja takich "kondensatorów", która nadała nazwę urządzeniu.
Po 2 latach od momentu odkrycia na potrzeby eksperymentu owinął zewnętrzne ściany puszki folią aluminiową, zwiększając w ten sposób pojemność. Było jasne, że wiele pozostało do odkrycia. W rzeczywistości była to ścieżka "prób i błędów", a teoretyczne uzasadnienie zostało już wyprowadzone z wyników eksperymentów. Następnie Franklin zastąpił puszkę płaskim szkłem folią po przeciwnych stronach, uzyskując kondensator znany wszystkim nam.
Słoik Leyden można zrobić bardzo szybko. To zajmie plastikowy słoik, talerz cyny z lutowanym izolowany drut, węgiel aktywny, trwała metalowa (lub plastikowa z wkładką przewodzącą) pokrywa ze stykiem końcowym i słoną wodą. Opuszczamy płytę na spód plastikowego pojemnika, wyprowadzamy wolny koniec drutu w górę. Górną pokrywę z papieru, wlać warstwę węgla, wlać słoną wodę i umieścić pokrywę z wyjściem. Okazuje się, że z słoika wydobywają się dwa izolowane druty: od dolnej i górnej płyty. Teraz, jeśli do nich doprowadzone zostanie zewnętrzne napięcie, część się skondensuje. Potem pozostaje tylko podłączyć ładunek. Podczas pracy z "can" musisz być ostrożny.
LEIDEN BANKcylindryczna forma kondensatora o stałej wydajności; Składa się z cylindrycznego naczynia szklanego (słoika), którego wewnętrzna i zewnętrzna powierzchnia są pokryte folią (płyty kondensatora), która nie osiąga około 1/4 otworu w słoiku (ryc. 1). Metalowy pręt przechodzący przez gardziel puszki łączy się z wewnętrzną wyściółką puszki za pomocą elastycznego drutu lub łańcucha. Kula, z której kończy się pręt, jest jednym z biegunów kondensatora; zewnętrzna podszewka jest jego drugim biegunem. Pojemność słoika Leydena można w przybliżeniu obliczyć za pomocą ogólnej formuły kondensatorów technicznych:
gdzie ε jest stałą dielektryczną szkła, S jest średnią wartością (w cm 2) powierzchni płyt, d jest średnią grubością (w cm) ściany lub, lepiej, zgodnie ze specjalnym wzorem (dla cylindrycznych kondensatorów):
gdzie ja jest długością słoika Leydena, a r jest jego wewnętrznym promieniem; przyjmuje się, że l\u003e r\u003e d. Pojemność słoika Leydena jest niewielka - nie większa niż 15 000 cm. Aby uzyskać duże pojemności, słoiki Leyden są łączone w baterie. Leiden banki są w stanie wytrzymać znaczącą różnicę potencjałów na swoich płytach - rzędu kilkudziesięciu tysięcy woltów (V). Brak słoików Leydena: mała pojemność, stosunkowo duży rozmiar zajmowanej przestrzeni i kruchość.
Leiden Bank został wynaleziony w 1745 roku w mieście Leiden (stąd jego nazwa). Przez długi czas była to bardzo popularna forma kondensatora. Obecnie zakłady przemysłowe banku Leiden w swojej pierwotnej formie są używane stosunkowo rzadko. Przemysłową formą słoików Leyden są słoiki Schott Leyden, które opracowały specjalne szkło (minos) przy minimalnych stratach i kondensator Moscitskiy (ryc. 2). Ta ostatnia wykonana jest w postaci długich puszek o małej średnicy ze specjalnych rodzajów szkła o niskich stratach dielektrycznych. Pokrywy - srebrne, galwanizowane warstwą miedzi dla lepszego dopasowania płytek do szkła. W otworze puszki mocowany jest izolator porcelanowy, przez który pręt przechodzi w kontakcie z wewnętrzną wyściółką. Skraplacz jest zainstalowany w metalowym naczyniu ochronnym, a przestrzeń między zewnętrzną płytą skraplacza a ścianą naczynia ochronnego jest wypełniona czynnikiem chłodzącym.
