Plik Butelka Leyden Jest to cienka szklana butelka lub dzbanek, który zawiera ściśle przylegającą blachę od wewnątrz i drugą równie szczelną metalową folię na zewnątrz.
Jest to pierwsze urządzenie elektryczne w historii, które służyło do magazynowania ładunków elektrycznych po prostu poprzez dotknięcie go, albo przez pręt, albo przez zewnętrzną warstwę, prętem wcześniej naładowanym przez tarcie (efekt tryboelektryczny) lub przez indukcję elektrostatyczną. Można również użyć źródła napięcia, takiego jak ogniwo lub bateria.
Indeks artykułów
Wynalazek butelki Leyden przypisuje się Pieterowi van Musschenbroekowi, profesorowi fizyki na Uniwersytecie w Leyden w 1745 roku. Niezależnie i jednocześnie niemiecki wynalazca Ewald Georg von Kleist zdołał również zmagazynować elektryczność statyczną w podobnych butelkach, przewidując holenderski.
Musschenbroek miał pomoc prawnika imieniem Cunaeus, którego zaprosił do swojego laboratorium w Lejdzie. Ta roztropna postać jako pierwsza zauważyła, że ładunek nagromadził się, trzymając butelkę ręką podczas ładowania pręta lub igły za pomocą maszyny elektrostatycznej..
Po tym, jak profesor Musschenbroek zaskoczył wszystkich swoim wynalazkiem, kolejne ulepszenie butelki Leyden, ponieważ urządzenie zostało ostatecznie ochrzczone, zostało wykonane w 1747 roku dzięki Johnowi Bevisowi, lekarzowi, badaczowi i wreszcie astronomowi, który odkrył Mgławicę Krab..
Bevis zauważył, że jeśli zakryjesz butelkę z zewnątrz cienkim prześcieradłem, nie ma potrzeby trzymania jej ręką..
Zdał sobie również sprawę, że napełnianie jej wodą lub alkoholem nie jest konieczne (oryginalna butelka Musschenbroek była wypełniona płynem) i wystarczyło tylko przykryć wewnętrzną ścianę butelki metalową folią stykającą się z prętem przechodzącym przez korek ..
Późniejsze eksperymenty ujawniły, że więcej ładunku gromadziło się w miarę, jak szkło stawało się cieńsze, a przylegająca powierzchnia metalu była bardziej rozległa..
Części butelki Leyden pokazano na rysunku 1. Szkło działa jako izolator lub dielektryk pomiędzy płytami, a także zapewnia im niezbędne podparcie. Płytki są zwykle cienką folią z cyny, aluminium lub miedzi.
Do wykonania wieczka słoika służy również izolator, np. Z suchego drewna, plastiku lub szkła. Pokrywę przebija metalowy pręt, na którym wisi łańcuch służący do kontaktu elektrycznego z płytą wewnętrzną..
- Szklany słoik, możliwie najcieńszy
- Folia metalowa (aluminium, cyna, miedź, ołów, srebro, złoto) do osobnego przykrycia wnętrza i zewnętrznej strony butelki.
- Otworowana osłona z materiału izolacyjnego.
- Metalowy pręt przechodzący przez perforowaną pokrywkę, który na wewnętrznym końcu ma łańcuch lub linkę, która styka się metalicznie z wewnętrzną warstwą butelki. Drugi koniec pręta zazwyczaj kończy się kulą, aby uniknąć łuków elektrycznych spowodowanych nagromadzonymi ładunkami na końcówkach..
Aby wyjaśnić gromadzenie się ładunku elektrycznego, należy zacząć od ustalenia różnicy między izolatorami a przewodnikami..
Metale przewodzą prąd, ponieważ elektrony (nośniki elementarnego ładunku ujemnego) mogą się w nich swobodnie poruszać. Co nie oznacza, że metal jest zawsze naładowany, w rzeczywistości pozostaje neutralny, gdy liczba elektronów jest równa liczbie protonów..
W przeciwieństwie do tego, elektrony wewnątrz izolatorów nie mają typowej ruchliwości metali. Jednak w wyniku tarcia między różnymi materiałami izolacyjnymi może się zdarzyć, że elektrony z powierzchni jednego z nich przechodzą na powierzchnię drugiego..
Wracając do butelki Leyden, w uproszczonej formie jest to metalowa folia oddzielona izolatorem od innej folii przewodzącej. Rysunek 3 przedstawia schemat.
Załóżmy, że zewnętrzna płyta jest uziemiona, trzymając ją za rękę lub za pomocą drutu. Kiedy zbliża się pręt, który został naładowany dodatnio przez tarcie, pręt, który łączy się z wewnętrzną płytką, ulega polaryzacji. Prowadzi to do rozdzielenia ładunków w całości płyta wewnętrzna pręta.
Elektrony na zewnętrznej płytce są przyciągane przez dodatnie ładunki na przeciwległej płycie, a więcej elektronów dociera do zewnętrznej płytki z ziemi.
Kiedy to połączenie jest zerwane, płyta zostaje naładowana ujemnie, a gdy pręt jest oddzielony, wewnętrzna płytka zostaje naładowana dodatnio..
Butelka Leyden była pierwszym znanym kondensatorem. Kondensator składa się z dwóch metalowych płytek oddzielonych izolatorem i są one dobrze znane w elektryce i elektronice jako niezbędne elementy obwodów..
Najprostszy skraplacz składa się z dwóch płaskich płyt o pow DO oddzielone odległości re znacznie mniejszy niż rozmiar talerzy.
Pojemność do przechowywanie ładunku w płaskim kondensatorze jest proporcjonalne do powierzchni DO płyt i odwrotnie proporcjonalnie do separacji re między płytami. Stała proporcjonalności jest przenikalność elektryczna ε i są podsumowane w następującym wyrażeniu:
C = ε⋅A / d
Kondensator utworzony przez butelkę Leydena może być przybliżony przez dwie koncentryczne cylindryczne płytki o promieniach do wewnętrzne i radiowe b do panelu wejściowego i wysokości L. Różnica w promieniu to właśnie grubość szkła re jaka jest odległość między płytami.
Pojemność do cylindrycznego kondensatora płytowego jest wyrażone wzorem:
C = ε⋅2πL / ln (b / a)
Jak można wywnioskować z tego wyrażenia, im dłuższa długość L, tym większą pojemność ma urządzenie.
W przypadku, gdy grubość lub separacja re jest znacznie mniejsza niż promień, wówczas pojemność można przybliżyć wyrażeniem płaskich płyt w następujący sposób:
C ≈ ε⋅2πa L / d = ε⋅p L / d
W powyższym wyrażeniu p jest obwodem cylindrycznej płyty i L wysokość.
Niezależnie od kształtu maksymalne obciążenie Q to, że kondensator może się nagromadzić, jest proporcjonalne do napięcia ładowania V, będąc pojemnością do kondensatora stała proporcjonalności.
Q = C⋅ V
Dzięki łatwo dostępnym materiałom w domu i pewnym umiejętnościom manualnym możesz naśladować profesora Musschenbroeka i zbudować butelkę Leyden. Do tego potrzebujesz:
- 1 szklany lub plastikowy słoik, np. Majonez.
- 1 perforowana plastikowa nasadka izolacyjna, przez którą przechodzi sztywny drut lub kabel.
- Prostokątne paski folii kuchennej do przykrycia, przyklejenia lub przyklejenia wewnątrz i na zewnątrz słoika. Ważne jest, aby aluminiowa powłoka nie sięgała krawędzi butelki, może być nieco wyższa niż połowa.
- Elastyczny kabel bez izolacji, który jest splatany do wnętrza pręta, tak aby stykał się z folią aluminiową wyściełającą wnętrze ścianki butelki.
- Metalowa kula (wychodzi na pokrywę, aby uniknąć efektu kolców).
- Nieizolowany drut do przyklejenia do zewnętrznej folii aluminiowej.
- Linijka i nożyczki.
- taśma klejąca.
Uwaga: Inną wersją, w której unika się pracy polegającej na umieszczaniu folii aluminiowej od wewnątrz, jest napełnienie butelki lub słoika roztworem wody i soli, który będzie pełnił rolę płytki wewnętrznej..
Zakryj butelkę od wewnątrz i na zewnątrz paskami folii aluminiowej, w razie potrzeby przymocuj taśmą samoprzylepną, uważając, aby nie przekroczyć zbytnio środka butelki.
- Ostrożnie przekłuj nasadkę, aby przejść przez nieizolowany drut miedziany lub kabel, tak aby wewnętrzna folia aluminiowa butelki zetknęła się z zewnętrzną stroną, gdzie przewodząca kula powinna być umieszczona tuż nad nakrętką.
- Bardziej nieizolowany drut służy do wiązania płaszcza zewnętrznego i tworzenia czegoś w rodzaju uchwytu. Całość powinna wyglądać jak na rysunkach 1 i 4.
Po zbudowaniu butelki Leyden możesz z nią eksperymentować:
Jeśli masz stary telewizor lub monitor z ekranem katodowym, możesz go użyć do naładowania butelki. Aby to zrobić, przytrzymaj butelkę jedną ręką za zewnętrzną płytkę, jednocześnie przybliżając kabel łączący z wewnętrzną częścią i dotykając ekranu..
Kabel przywiązany na zewnątrz powinien znajdować się blisko kabla wychodzącego z wnętrza butelki. Zauważ, że pojawia się iskra wskazująca, że butelka została naładowana elektrycznie..
Jeśli nie masz odpowiedniego sitka, możesz załadować butelkę Leyden, trzymając ją blisko wełnianej szmatki, którą właśnie wyjęłeś z suszarki do ubrań. Inną opcją dla źródła ładowania jest wzięcie kawałka plastikowej (PVC) rurki, która została wcześniej wyszlifowana w celu usunięcia smaru i lakieru. Przetrzyj rurkę ręcznikiem papierowym, aż zostanie wystarczająco naładowana.
Jeszcze bez komentarzy