Butelka części Leyden, operacja, eksperymenty

Butelka Leyden Jest to cienka szklana butelka lub dzban, który zawiera studnie wykupioną metalową arkusz w wewnętrznej części, a na zewnątrz kolejna równie ciasna metalowa folia.

Jest to pierwsze urządzenie elektryczne w historii, które służyło do przechowywania obciążeń elektrycznych po prostu poprzez dotykanie go, albo prętem, albo przez arkusz zewnętrzny, z prętem uprzednio załadowanym tarciem (efekt tryboelektryczny) lub indukcją elektrostatyczną. Możesz także użyć źródła napięcia, takiego jak bateria lub akumulator.

Rysunek 1. Figura pokazuje typową butelkę Leyden. Wewnętrzna arkusz jest jedną z płyt skraplaczy, a arkusz zewnętrzny to druga płyta. Źródło: Wikimedia Commons. Rama [CC BY-SA 3.0 fr (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/fr/czyn.in)] [TOC]

Historia

Wynalazek butelki Leyden. Niezależny i jednocześnie niemiecki wynalazca Ewald Georg von Kleist zdołał również przechowywać statyczną elektryczność z podobnymi butelkami, przewidując Holendra.

Musschenbroek miał pomoc prawnika o imieniu Cunaeus, którego zaprosił do swojego laboratorium w Leyden. Ta postać Sagazo była pierwszą, która zdała sobie sprawę, że obciążenie nagromadzone trzymając butelkę ręką podczas ładowania paska lub igły za pomocą maszyny elektrostatycznej.

Po tym, jak profesor Musschenbroek zaskoczył wszystkich swoim wynalazkiem, następującą poprawę w butelce Leyden, ponieważ urządzenie zostało ostatecznie ochrzczone, zostało przeprowadzone w 1747 r. Dzięki Johnowi Bevisowi, lekarzowi, badaczowi, a jeśli to nie wystarczy astronomowi, odkrył zaklęta kraba.

Bevis zauważył, że jeśli zakrył butelkę na zewnątrz cienkim prześcieradłem, nie było potrzeby trzymania jej ręką.

Uświadomił sobie również, że napełnianie go wodą lub alkoholem nie było konieczne (oryginalna butelka Musschenbroek była pełna płynu) i że wymagana była tylko wewnętrzna ściana butelki z metalicznym folio.

Kolejne eksperymenty ujawniły, że większe obciążenie gromadziło się, ponieważ szkło było cieńsze, a najobszerniejsza sąsiadująca powierzchnia metalowa.

Imprezy

Części butelki Leyden pokazano na rycinie 1. Szkło działa jako izolator lub dielektryk między płytami, oprócz serwowania, aby zapewnić im niezbędne wsparcie. Płytki to zwykle cienkie plastry blaszane, aluminium lub miedź.

Może ci służyć: jakie są właściwości termiczne i jakie są? (Z przykładami)

Aby wyprodukować pokrywę dzbanku, stosuje się również izolator, na przykład suche drewno, plastik lub szkło. Pokrywka jest przenoszona przez metalowy pręt, z którego łańcuch, który służy do nawiązania kontaktu elektrycznego z wewnętrzną płytą.

Materiały potrzebne do wyprodukowania butelki Leyden

- Szklana butelka, będąc tak cienką, jak to możliwe

- Arkusz metalowy (aluminium, puszka, miedź, ołów, srebrne, złoto) do osadzenia osobno, wewnętrzna i zewnętrzna część butelki.

- Horadada Izolubracyjna Pokrywa.

- Metaliczny pręt, aby przekroczyć horered pokrywkę, a na wewnętrznym końcu ma łańcuch lub kabel, który tworzy metaliczny kontakt z wewnętrznym arkuszem butelki. Drugi koniec pręta zwykle kończy się kulą, aby uniknąć łuków elektrycznych przez nagromadzone obciążenia na końcówce.

Rysunek 2. Części butelki Leyden. Źródło: Wikimedia Commons.

Funkcjonowanie

Aby wyjaśnić akumulację ładunku elektrycznego, konieczne jest rozpoczęcie od ustalenia różnicy między izolatorami a przewodnikami.

Metale są sterownikami, ponieważ elektrony (elementarne nośniki obciążenia ujemnego) mogą swobodnie poruszać się w nich. Co nie oznacza, że ​​metal jest zawsze ładowany, w rzeczywistości pozostaje neutralny, gdy ilość elektronów jest równa ilości protonów.

Z drugiej strony, elektronów wewnątrz izolatorów nie mają typowej mobilności metali. Jednak poprzez wcieranie między różnymi materiałami izolacyjnymi może się zdarzyć, że elektrony powierzchni jednej z nich przechodzą na powierzchnię drugiej.

Wracając do butelki Leyden, uproszczony jest to metalowy arkusz oddzielony izolatorem od innego przewodzącego arkusza. Rysunek 3 pokazuje schemat.

Rysunek 3: Uproszczony schemat butelki Leyden i sposób, w jaki nabywa ładunek. Źródło: Fanny Zapata.

Załóżmy, że zewnętrzna płyta łączy się z ziemią, trzymając ją ręką lub za pomocą kabla. Kiedy pasek, który był dodatnio naładowany przez wcieranie, pręt łączący się z płytą wewnętrzną jest spolaryzowany. Prowadzi to do oddzielenia obciążeń w zestawie Wewnętrzna plecak.

Elektrony zewnętrznej płyty są przyciągane do dodatnich obciążeń przeciwnej płyty, a więcej elektronów osiąga zewnętrzną płytę od podłączenia.

Może ci służyć: Obwody bieżące naprzemienne: typy, aplikacje, przykłady

Gdy połączenie to zostanie przerwane, płyta jest naładowana ujemnie, a gdy pręt jest oddzielony, płyta wewnętrzna jest dodatnio naładowana.

Kondensatory lub kondensatory

Butelka Leyden była pierwszym znanym kondensatorem. Kondensator składa się z dwóch metalowych płyt oddzielonych izolatorem i są dobrze znane w elektryczności i elektronice jako niezbędne elementy obwodu.

Najprostszy skraplacz składa się z dwóch płaskich płytek DO oddzielono odległość D Znacznie mniej niż rozmiar płyt.

Pojemność C Aby przechowywać obciążenie w płaskim skraplaczu jest proporcjonalne do obszaru DO płytek i odwrotnie proporcjonalne do separacji D Wśród płyt. Stała proporcjonalności jest Dodatek elektryczny ε i podsumuj w następującym wyrażeniu:

C = ε⋅A / D

Do kondensatora utworzonego przez butelkę Leyden można podchodzić przez dwa koncentryczne cylindryczne płytki radiotelefonów Do Wewnętrzne i radio B Dla zewnętrznej płyty i wysokości L. Różnica w radiotelefonach jest dokładnie grubością szkła D Jaki jest rozdział między płytami.

Pojemność C Z cylindrycznego skraplacza płyty jest podana przez:

C = ε⋅2πl / ln (b / a)

Jak wydedukowano z tego wyrażenia, im większa długość L większa pojemność ma urządzenie.

Pojemność butelki Leyden

W przypadku grubości lub separacji D Być znacznie mniej niż radio, wówczas pojemność może być przybliżona przez wyrażenie płaskich płyt w następujący sposób:

C ≈ ε⋅2πa l / d = ε⋅p l / d

W poprzednim wyrażeniu P Jest to obwód cylindrycznej płyty i L wysokość.

Niezależnie od formularza maksymalne obciążenie Q który może gromadzić kondensator, jest proporcjonalny do napięcia obciążenia V, Będąc pojemnością C kondensatora stałą proporcjonalności.

Q = c⋅ v

Domowa butelka Dendden

Dzięki łatwym materiałom do dostania się do domu i niektórymi umiejętnościami ręcznymi, możesz naśladować profesor Musschenbroek i zbudować butelkę Leyden. Do tego jest potrzebne:

- 1 szklana lub plastikowa butelka, taka jak majonez.

- 1 plastikowa pokrywka izolacyjna Horadada, przez którą zostanie przekazany sztywny przewód lub kabel.

- Prostokątne paski folii aluminiowej kuchennej do przykrycia, wklejania lub przylegania wewnątrz i na zewnątrz butelki. Ważne jest, aby pokrycie aluminium nie dotarło do krawędzi butelki, może być nieco wyższa niż połowa.

Może ci służyć: przewody elektryczne

- Elastyczny kabel bez izolacji, który jest spływający do wnętrza pręta, dzięki czemu kontaktuje się z folią aluminiową, która pokrywa wnętrze ściany butelki.

- Metalowa kula (idzie na pokrywkę, aby uniknąć efektu końcówek).

- Kabel bez izolacji, który będzie połączony z zewnętrznym arkuszem aluminiowym.

- Reguły i nożyczki.

- taśma klejąca.

Uwaga: Kolejną wersją, która pozwala uniknąć pracy polegającej na umieszczeniu folii aluminiowej w środku, jest napełnienie butelki lub butelki roztworem wody i soli, która będzie służyć jako wewnętrzna płyta.

Procedura

Przykryj butelkę wewnątrz i na zewnątrz paskami folii aluminiowej, jeśli to konieczne, są one przymocowane do taśmy klejowej, uważając, aby nie przekroczyć połowy butelki.

- Ostrożnie przebij pokrywkę, aby przekazać kabel drutu lub miedzi bez pokrywy izolacyjnej, aby skontaktować się z wewnętrzną folią aluminiową z zewnątrz, gdzie kula przewodząca powinna być umieszczona tuż nad pokrywką.

- Więcej kabla bez izolacji służy do łączenia zewnętrznej pokrywy i tworzenia rodzaju uchwytu. Cały zestaw musi być podobny do tego, co pokazano na rysunkach 1 i 4.

Rysunek 4. Butelka Leyden. Źródło: f. Zapata.

Eksperymenty

Po zbudowaniu butelki Leyden możesz z nią eksperymentować:

Eksperyment 1

Jeśli masz starą telewizję lub monitor, którego ekranem są promienie katodowe, możesz go użyć do załadowania butelki. Aby to zrobić, przytrzymaj butelkę jedną ręką na zewnętrznej płycie, zbliżając się i gra kabel, który łączy się z częścią wewnętrzną.

Kabel związany z zewnątrz musi zbliżyć się do kabla pochodzącego z wewnętrznej części butelki. Zauważ, że pojawia się iskra, co pokazuje, że butelka została naładowana elektrycznie.

Eksperyment 2

W przypadku braku odpowiedniego ekranu możesz załadować butelkę Leyden, wprowadzając ją do wełnianej szmatki, która zabrała tylko suszarkę odzieżową. Inną opcją dla źródła ładowania jest zabranie kawałka plastikowej rurki (PVC), która wcześniej została przeszlifowana w celu usunięcia tłuszczu i lakieru. Wcieraj rurkę ręcznikiem papierowym, aż nabyła wystarczające obciążenie.

Bibliografia

1. Butelka Leyden. Odzyskane z: jest.Wikipedia.org
2. Instrumenty elektryczne. Leyden Jar. Odzyskane z: Brittanica.com
3. Endesa Educa. Eksperyment: butelka Leyden. Odzyskane z: YouTube.com.
4. Leyden Jar. Źródło: w:.Wikipedia.org.
5. Fizyka słoika Leyden w „MacGyver”. Odzyskane z: przewodowe.com
6. Tippens, s. 1. Fizyka: koncepcje i zastosowania. 516 - 523.