1913 metais Sankt Peterburgo universitetas gavo naują darbuotoją – fiziką A.F.Ioffe'ą. Su inžinieriaus technologo specialybe, turinčiu polinkį mokslinis darbas, prieš tai keletą metų dirbo Miuncheno universitete, vadovaujamas geriausio Europos eksperimentinio fiziko V.K.Rentgeno. Ten apgynė ir daktaro disertaciją.
Dabar jo vadovu tapo fizikas O.D.Khvolsonas. Pokalbyje apie artėjantį tiriamąjį darbą šis vadovas pasiūlė jam „tęsti nuostabią Rusijos mokslininkų tradiciją“ atgaminti geriausius mokslo darbus užsienyje. Akivaizdu, kad Rentgeno, paties pirmojo Nobelio fizikos premijos laureato, studentui buvo keista apie tai net girdėti. Jis dar kartą paklausė: „Ar ne geriau kelti naujus klausimus, kurie dar nėra išspręsti? Į ką Khvolsonas atsakė: „Bet ar įmanoma fizikoje sugalvoti ką nors naujo? Tam tu turi būti G.J.Thomsonas“.
Iš tiesų J.Tomsonas, elektrono atradėjas, buvo žymus fizikas. Bet tada paaiškėjo, kad A.F.Ioffe'as taip pat mokėjo užduoti klausimus moksle, o nuo jo iš tikrųjų prasidėjo visa pasaulio puslaidininkių technologija. Be to, jis buvo Rusijos mokslinės mokyklos organizatorius, kurio studentai didžiuotųsi bet kuria pasaulio šalimi, įskaitant I. V. Kurchatovą ir Nobelio premijos laureatus N. N. Semjonovą, P. L. Kapitsą.
Gebėjimas užduoti gamtos klausimus ir gauti atsakymus į juos eksperimento pagalba laikomas svarbiausiu mokslo gyvenime. Ir tie, kurie žino, kaip tai padaryti, yra puikūs mokslininkai. Tačiau O.D. Khvolsonas taip pat klydo. Šiuolaikinės fizikos pagrindą sudaro pradininkų darbo išvados, kurios reguliariai tikrinamos, dar kartą tikrinamos, tobulinamos. Nepatvirtinus išvadų, griūva ištisi mokslų ruožai, o paskui kruopščiai statomos naujos sienos, šio mokslo šakos, vedančios į naujus atradimus, į naujas statybas. Šis procesas vyksta šimtmečius ir jam nėra galo.
Čia papasakosime istoriją apie mokslininko eksperimentą, kurį domino daug žadantis mokslinis klausimas apie fizikinį reiškinį ir kuris bandė jį išspręsti paprastu ir įtikinamu eksperimentu, tačiau atvedė į situaciją, vadinamą susidūrimu. Taip yra, kai gauti rezultatai prieštarauja vienas kitam.
Niekas negali nurodyti tikslios to fakto mokslinio atradimo datos elektros krūviai galima kaupti su specialius įrenginius, vėliau pavadintas Leyden bankais ir vėliau sukurtas įrenginiuose, vadinamuose. Bet galima teigti, kad po 1745 m. Leyden stiklainio pagalba pavyko išsiaiškinti didelis greitis elektros plitimas, jos poveikis žmogaus ir gyvūno organizmui, degiųjų dujų užsidegimo galimybė elektros kibirkštimis ir kt. Tūkstančiai mokslininkų bando pritaikyti šį įrenginį šalies ekonomikos poreikiams. Tačiau paties Leyden stiklainio kažkodėl niekas nebando tyrinėti.
Pirmąjį gamtos klausimą apie patį stiklainį užduoda didysis amerikiečių savamokslis mokslininkas Benjaminas Franklinas. Prisiminkite, kad tuo metu Leyden stiklainis buvo paprastas užkimštas vandens butelis, kurio kamštyje buvo įkištas geležinis strypas, liečiantis šį vandenį. Pats butelis buvo laikomas rankose arba dedamas ant švino lakšto. Tai buvo visas įrenginys.
Franklinas svarstė sužinoti kur šiame paprastame aparate stiklas metalas ir vanduo elektros energiją galima kaupti. Geležinėje lazdoje, vandenyje ar pačiame butelyje? Dabar, kai yra įvairių matavimo prietaisų ir pusė gyventojų naudojasi kompiuteriais, šis klausimas daugelį suklaidins. Pažiūrėkime, kaip ši problema buvo išspręsta 1748 m., kai vienintelis matavimo prietaisas buvo pats eksperimentatorius, per save leidžiantis skausmingus elektros smūgius. Didžiąją dalį eksperimentų aprašymus pateiksime paties eksperimentų autoriaus, kad įsitikintume jų genialiu paprastumu.
„Ketindami apžiūrėti įelektrintą stiklainį, kad išsiaiškintume, kur slypi jo galia, padėjome ant stiklo ir ištraukėme kamštį su viela. Tada, paėmę stiklainį į vieną ranką, o kitą pirštą pritraukę prie jo kaklo, iš vandens ištraukėme stiprią kibirkštį tokiu stipriu smūgiu, lyg viela būtų likusi savo vietoje, ir tai parodė, kad galia nėra paslėpta. viela. Čia autorius skardinės išėjimo strypą vadina viela.
„Po to, norėdami išsiaiškinti, ar elektra, kaip manėme, yra vandenyje, vėl elektrifikavome skardinę. Uždėję ant stiklo, iš jo, kaip ir anksčiau, išėmė vielą su kamščiu; tada visą vandenį iš stiklainio supylėme į tuščią butelį, kuris taip pat stovėjo ant stiklo. Tikėjome, kad jei elektra yra vandenyje, tai palietus šį butelį sulauksime šoko. Jokio smūgio neatėjo. Iš to padarėme išvadą, kad perpylimo metu elektra arba dingo, arba liko banke.
„Pastaroji, kaip mes nustatėme, buvo tiesa, nes bandant šį stiklainį įvyko smūgis, nors į jį pilome paprastą vandenį iš virdulio. Franklinui neliko nieko kito, kaip tik pripažinti, kad užtaisas stiklainyje galėjo būti tik jo stiklinėje.
„Kad vėliau išsiaiškintume, ar ši savybė būdinga buteliuko stiklui ar jo formai, paėmėme stiklo lakštą, uždėjome ant delno, ant viršaus uždengėme švino plokšte ir pastarąją elektrifikavome. Jie atnešė prie jo pirštą, dėl kurio smūgiu sekė kibirkštis. Tokiu būdu buvo nustatyta, kad stiklo forma neturi įtakos rezultatui. Išsprendus šią problemą, Franklinas išrado plokščią kondensatorių, kurio viena plokštė buvo eksperimentuotojo delnas, o kita - švino lakštas. Tačiau ateityje jis ir delną pakeis švino lakštu.
Kas galėtų suabejoti Yankee eksperimento moksliniu grynumu? Jis galėtų drąsiai teigti, kad elektrinėje talpykloje „kondensuotai“ įkrova yra STIKLO. Jei reikia, bet kas galėtų pakartoti šiuos eksperimentus ir patikrinti Franklino išvadas. Tikrai tokie eksperimentai buvo atlikti ir išvadas patvirtino daugelis mokslininkų. Net buvo sukurtas demonstracinis Leyden stiklainio modelis, kurio pagalba studentams buvo parodyta supaprastinta eksperimento versija, kuri vėliau pasirodė esanti klaidinga išvada. Galų gale, jei Franklinas eksperimente būtų naudojęs gyvsidabrį, o ne vandenį, rezultatas galėjo būti visiškai priešingas.
Eksperimentai su Leideno stiklainiu buvo labai įspūdingi ir visiškai atitiko šviesuolio absoliutizmo idėjas, todėl tapo madingi aukštuomenėje, juose dalyvavo net karūnuoti asmenys. O abatas J.A.Nollet net užėmė oficialaus elektriko postą valdant karaliui Liudvikui XV. Tada jis pavadino įrenginį universitetinio miesto Leideno vardu Olandijoje, kur greičiausiai buvo išrastas šis įrenginys.
Dešimt metų trukę eksperimentai nenuėjo veltui. Buvo tiksliai nustatyta, kad eksperimentų rezultatai nepriklauso nuo vandens sudėties (tikdavo bet kuris). Be to, vietoj vandens į stiklainį galima būtų įpilti švino šratų arba tiesiog sutvirtinti švino foliją jo viduje. Tai neturėjo įtakos banko veiklai. Bankai, norėdami sustiprinti veiksmus, išmoko surinkti į baterijas.
Nustatyta, kad didesnio tūrio stiklainiai (taigi ir didesnio stiklo paviršiaus) išskyrė stipriau. Tačiau smūgio priklausomybė nuo stiklo storio buvo atvirkštinė. Plonesni akiniai davė stipresnę iškrovą. Stebina tai, kad mokslininko elektros smūgio jėgos pagalba mokslininkai gana tiksliai priartėjo prie mums gerai žinomos plokščiojo kondensatoriaus talpos formulės. Vėliau mokslo istorikai šį matavimo metodą juokaudami vadins ŠOKMETRU. (Iš prancūzų kalbos SHOCK – smūgis, stumdymas).
Siekiant paaiškinti elektros reiškinius mokslo bendruomenėje, buvo pateiktos kelios teorijos, kurios buvo pritaikytos mokslininkams. Tarp jų buvo ir paties Franklino pasiūlyta unitarinė elektros teorija. Remiantis šia teorija, elektra buvo tam tikras nesvarus skystis, užpildantis visus kūnus. Jei kūnuose šio skysčio buvo daugiau ar mažiau, tada kūnas įgavo krūvį. Esant šio skysčio pertekliui, organizmas turėjo teigiamą krūvį, o trūkstant – neigiamą. Ši teorija vėliau bus plėtojama elektroninėje laidumo teorijoje.
Šios teorijos pagalba buvo nesunku paaiškinti kondensatoriuje (Leyden jar) vykstančius reiškinius. Įkraunant elektros skystis iš vienos kondensatoriaus plokštės teka į kitą plokštę. Rezultatas yra teigiamas vienos plokštės krūvis, o kitoje - neigiamas. Stiklas tarp jų tarnauja tik kaip izoliatorius ir nieko daugiau. Tokį kondensatorių lengva iškrauti. Užtenka šias plokštes uždaryti laidininku arba žmogaus kūnu. Tačiau Franklino eksperimento rezultatai parodė, kad užtaisas buvo stiklinėje! Kaip visa tai suprasti?
Kai kurie mokslininkai, norėdami patvirtinti unitarinės teorijos teisingumą, bandė iš eksperimento pašalinti stiklą. Jie krovė du metalinius strypus, kurie kabėjo vienas šalia kito. Nėra jokių abejonių, kad jie buvo kondensatorius, bet be stiklo. Deja, toks kondensatorius eksperimentatoriaus nepataikė srove, ir klausimas liko neišspręstas.
1757 metais Sankt Peterburge buvo išleistas rusų akademiko Franzo Aepino veikalas „Elektros ir magnetizmo teorijos patirtis“, kuriame aprašytas eksperimentas, išsprendęs šią problemą. Kaip pagrindą jis rėmėsi savo mintimi, kad strypų elektrifikavimas buvo teisingas, tačiau eksperimentatoriaus šokas nebuvo dėl mažos tokio kondensatoriaus talpos. Ir jūs galite padidinti jo talpą padidindami kondensatoriaus plokštes ir sumažindami atstumą tarp jų. Dėl to, kad eksperimentatorius, norėdamas atlikti šį eksperimentą, išranda naujo tipo elektrinę talpą - kondensatorių su oro dielektriku, cituojame paties F. Aepino tekstą.
„Taigi, norėdamas gauti didelį paviršių, pasirūpinau, kad pagaminčiau medines plokštes, kurių paviršius buvo apie aštuonias kvadratines pėdas, jas pakabinau, perdengtas metalo lakštais pusantro colio atstumu viena nuo kitos. padėtis lygiagrečiai viena kitai“. Jis įkrovė tokį kondensatorių ir išsikrovė per save..
„Iš karto patyriau stiprų šoką, lygiai tokį, kokį sukėlė Leyden stiklainis. Be to, šis prietaisas sugebėjo atkurti visus kitus reiškinius, kurie gaunami stiklainyje; nereikia jų tikrinti“. Atminkite, kad aštuonios kvadratinės pėdos yra šiek tiek mažiau nei kvadratinis metras.
Paskutinė pastaba apie „visus kitus reiškinius“ yra labai reikšminga. Jame pabrėžiama, kad elektra iš tokio kondensatoriaus yra LYGIAI TAIP pat kaip iš Leyden stiklainio. Tačiau čia nebuvo stiklo ir buvo neproduktyvu manyti, kad užtaisai buvo aplinkiniame ore. Vėliau, 1838 m., tokios medžiagos „per ar per kurias elektros jėgos» M. Faradėjus paskambins DIELECTRIC. Kita vertus, Aepinas knygoje daro pastabą: „Supratau, kad Franklinui atsitiko kažkas, kas gali nutikti kiekvienam žmogui“, užsimindamas apie lotynišką patarlę - Errare humanum est - klysti yra žmogaus prigimtis.
F. Aepinus išsiuntė savo esė į Ameriką specialiai Franklinui, tačiau jis praktiškai nustojo užsiimti elektros tyrimais, išskyrus praktinis naudojimas jo išrastas žaibolaidis. Jis tapo politiku. O Jekaterina II ekskomunikavo F. Epiną iš akademinės veiklos Rusijoje. Ji paskyrė jį savo sūnaus Pauliaus, kuris vėliau tapo imperatoriumi, fizikos mokytoju. Bet jis buvo pakviestas į Sankt Peterburgą pakeisti G.V.Richmaną, žuvusį tiriant atmosferos elektrą. Taip atsitiko, kad eksperimentų su Leyden stiklainiu klausimas liko neišspręstas ilgą laiką.
O štai prieš mane – vadovėlis apie elektrą 1918 m. leidimai. Tai prancūzų autoriaus Georges'o Claude'o knygos vertimas ilgu pavadinimu „Elektra visiems ir visiems lengvai suprantamu būdu“. Jame aprašoma patirtis, susijusi su Leyden stiklainiu, kaip ir Franklino, bet kai vandens visai nėra. Žiūrėti piešinį.
Kairėje yra surinktas Leyden stiklainis. Raidės A, B ir C nurodo jo sudedamąsias dalis. A ir B yra vidinis ir išorinis skardinės pamušalas. C yra stiklinė stiklinė, naudojama kaip dielektrikas. Tokia surinkta skardinė yra įkraunama demonstracinio eksperimento metu, tada įkrautą demonstrantas išardo su guminėmis pirštinėmis. Norėdami įrodyti, kad banko bankai gali neturėti jokio mokesčio, jie susisiekia vienas su kitu. Įsitikinkite, kad nėra kibirkšties. Tada stiklainis surenkamas. Keista, bet jis vėl įkraunamas ir suteikia galingą kibirkštį. Ši patirtis daugelį suglumino. Ir mokslas netoleruoja dviprasmybių. Tačiau padėties paaiškinimas buvo pateiktas tik 1922 m.
Tais metais „London Philosophical Journal“ paskelbė fiziko J. Addenbrooko straipsnį „Studying Franklin's experiments with a Leyden jar“, kuriame autorius pasiekė nuostabių rezultatų, kurie apėmė visus i . Pasirodo, stiklas normaliomis sąlygomis visada yra padengtas vandens plėvele, tai stebime rasodami langus. Beje, šis filmas ne visada stebimas vizualiai. Čia įkrovimai lieka ant išardyto kondensatoriaus ir atlieka plokštelių vaidmenį atskiroje stiklinėje. Kai Addenbrook naudoja stiklą ne iš stiklo, o iš parafino, ant kurio nesusidaro stiklo plėvelė, rezultatas yra priešingas Franklino. Sausoje atmosferoje „Franklino efektas“ ant sulankstomo Leyden stiklainio taip pat nepastebimas.
Karstas, pasirodo, atsidarė paprastai. Tačiau rakto į jį buvo ieškoma beveik 175 metus.
Literatūra:
1. W. Franklinas. Elektros eksperimentai ir stebėjimai. M., SSRS mokslų akademija, 1956, p. 29-30.
2. F.U.T. Aepinas. Elektros ir magnetizmo teorija. M., SSRS mokslų akademija, 1951, p. 70-92.
3. Žoržas Klodas. Elektra visiems ir visiems suprantamai sako buvęs Paryžiaus chemijos ir fizikos mokyklos auklėtinis. Vertimas iš prancūzų kalbos. Sankt Peterburgas, V.I.Gubinskio leidimas. Išleidimo metai nenurodyti. (1918 m.)
4. L. Križanovskis. Leyden stiklainio paslaptis. „Kvantas“ Nr.11, 1991. P. 28.29.
Nuo mokyklos laikų visi girdėjo apie nuostabų elektrinį daiktą pavadinimu „Leyden jar“. Tačiau pakalbėjęs su kai kuriais savo draugais, kurie yra toli nuo technologijų, nustebau, kad Leydeno stiklainis, jų supratimu, yra nuostabus artefaktas, antras po „Neišspręstų Teslos išradimų“. Deja, Leyden jar yra tik primityvus kondensatorius, taip pat primityvus dizainas ...
Kondensatorius yra paprastas dalykas, jis susideda iš dviejų laidžių plokščių, tarp kurių yra dielektrikas. Kondensatoriaus talpa priklauso nuo šių plokščių ploto, nuo atstumo tarp jų (kuo jie arčiau, tuo didesnė talpa) ir nuo dielektriko dielektrinės konstantos (tai yra nuo medžiagos tarp plokščių) .
Apskritai keista, kad Leyden stiklainis buvo išrastas ne anksčiau kaip 1745 m. Jo išradėjas eksperimentavo su elektra – į stiklainį įpylė vandens ir įsmeigė į jį smeigtuką, kuris buvo statiškai įkrautas. Laikydamasis už smeigtuko, jis padėjo ranką ant skardinės šono. Vidinis kondensatoriaus elektrodas buvo stiklainyje esantis skystis, o išorinis elektrodas buvo delnas, uždėtas ant stiklo. Per išradėją pasirodė uždara grandinė – ir jis iš karto tai pajuto (sunku to nepajusti). Įtariu, kad Leyden stiklainis buvo ne kartą atidarytas, bet visiems atrodė, kad jie buvo spardyti per kontaktus - tik vienas žmogus pastebėjo, kad stiklas yra dielektrikas.
Tačiau prasideda tolesni klaidingi supratimai.
Jei greitai paaiškėjo, kad Leyden stiklainio funkcionavimui užtenka dviejų folijos sluoksnių abiejose stiklo pusėse, tai su konteineriu viskas nebuvo taip aišku. Buvo tikima, kad elektros talpa stiklainis priklauso ne nuo jo sienelių paviršiaus ploto, o nuo tūrio. Taip beveik iki XX amžiaus pradžios buvo gaminami kelių litrų talpos Leyden stiklainiai, kurie, siekiant padidinti jų talpą, buvo jungiami į baterijas.
Jau vien tai plati smogiko veiklos sritis.
Užtenka padaryti plokšti kondensatoriai sukraunant folijos ir žėručio lakštus ir per vieną sujungiant foliją. Talpa bus daug didesnė nei klasikinio Leyden stiklainio, o svoris ir tūris bus daug mažesni. Galite paimti patentą, labai naudingą XVIII a.
Kondensatoriaus pranašumas yra tas, kad jį galima sukurti bet kurioje visuomenėje, kuri išmano metalus. Galų gale, galite pasiimti bet kokį metalą - tas pats varis yra daugiau nei tinkamas. Taip pat galite paimti bet kokį dielektriką - nuo vaško popieriaus iki oro. Nors su juo reikia padirbėti - kad dielektrikas tiktų bet kokiai drėgmei, laikui bėgant nesuyra ir neištirptų nuo karščio. Žėrutis yra vienas geriausių variantų, jo dielektrinė konstanta yra 7,5 (kvarco - 4, y - 4,5, y - 4,7). Žinoma, yra variantų su keramika, kur dielektrinė konstanta svyruoja nuo 10 iki 20, bet tai yra speciali keramika, tokia, kuri nėra pigi.
Reikia tik prisiminti, kad įtampa, kurią kondensatorius gali atlaikyti prieš sugedimą, priklauso nuo dielektriko kokybės. Klasikinis Leyden stiklainis yra geras, nes turi stiklinį dielektriką, kuris leidžia statyti labai aukštos įtampos stiklainius, net jei jie ir mažos talpos.
Kondensatorius elgiasi labai įdomiai, jei nėra prijungtas prie jo. D.C., bet kintama. Nuolatinė srovė per kondensatorių nepraeina, nes izoliatorius tarp plokščių yra atvira grandinė. Bet jei naudojate kintamąją srovę, tada ji pradeda pakaitomis įkrauti plokštes ir kondensatorius tampa laidininku - tiksliau, rezistoriumi. Jis įgyja vadinamąjį reaktyvumas. Ir ši varža priklauso nuo kondensatoriaus talpos ir nuo srovės dažnio. Maži kondensatoriai geriau praleidžia aukštą dažnį. kintamoji srovė ir atvirkščiai.
Kam senovėje reikalingas kondensatorius? Radijo klausimus palikime kitiems straipsniams. Kondensatorius yra labai naudingas ritualiniams tikslams. Pirmojo elektros smūgio prisiminimas liks naujagimiui iki kapo. Ir mušėjas tikriausiai išsiugdys įprotį įžeminti altorių prieš pradėdamas su juo dirbti ...
Yra žmonių, kurie nekenčia istorines ekskursijas, juokingi anekdotai žemiau, išsamus pristatymas. Jie lankosi internete, išžvejoja Leyden stiklainio elektrinės talpos formulę, nori iš karto pamatyti. Prašau:
C \u003d q / U, q yra Leyden stiklainio sukauptas krūvis, U yra potencialų skirtumas tarp laidų. Kita išraiška leidžia išreikšti kondensatoriaus talpą plokščių plotu, atstumu tarp jų:
kondensatoriaus elektrinė talpa didėja didėjant plotui, mažėjant tarpui. ε – medžiagos laidumas tarp plokščių, ε(0) – elektrinė konstanta, lygi 8,85 pF/m.
Dėl šių priežasčių oksido tipas turi didžiausią elektrinę talpą. Dangteliai išdėstyti nuo galo iki galo.
Iš istorijos
Pažangos variklis
Daugumą didžiųjų išradėjų vienaip ar kitaip sužavėjo gamtos mokslų istorija. Tesla susidomėjo elektra, kai iš paprastos katės kailio pamatė kibirkštis. Buvo laikai, kai ne visi turėjo išsilavinimą. Georgui Ohmui teko nelaimė gimti skurdžioje šeimoje, palankioje tėvo, jis turėjo po ranka matematikos knygų, mentorius. Užduotis, kuri 1920-aisiais daugeliui atrodė neįveikiama, buvo išspręsta su kvitu.
Po Antrojo pasaulinio karo šalys pasiekė neįtikėtiną plėtrą. Rusijos, deja, tarp jų nėra. Neabejotina sėkmė pasiekiama ten, kur anksčiau išmokti protai padėjo pamatus. Tiesiog pažiūrėkite į supervalstybių BVP:
- Pirmąją vietą užėmė JAV. Laukinė žemė su pavydėtinu pastovumu buvo mokslininkų prieglobstis. Pramonininkai nuolat galvojo, kaip užsidirbti pinigų. Edisonas garsus, nugalėjęs Nikola Tesla, kiek anksčiau apgautas didvyrio. Dauguma Buitinė technika patentuotas, išrastas JAV. Maišytuvai, blenderiai, kavos virimo aparatai. Carol Pollak išleido kondensatoriaus patentą JAV.
- Kinija užima garbingą antrąją vietą. Analitikai prognozuoja puikią supervalstybės ateitį. Kitiems nepatinka Kinija, kuri nuolat kopijuoja svetimą įrangą. Josifas Stalinas SSRS užsiėmė automobilių gamyba, vengdamas mokėti centus už užsienio firmų patentus. Kondensatorių gamyboje Kinija tikrai pasivijo pirmąjį trejetuką.
- Trečiąją vietą užima Japonija, statymas buvo atliktas dėl „Big Push“ politikos. Prieš Antrąjį pasaulinį karą feodalinė valdžia, po to keturiasdešimt penkerius metus Šalis kylanti saulė nuosekliai diegti inovacijas žinioms imliose pramonės šakose. Išradimai atkeliavo iš salų, dėl tarpetninio bendravimo stokos jie atima deramą pasaulinę šlovę.
- Ketvirtą, penktą, šeštą vietas užima Vokietija, Didžioji Britanija, Prancūzija. Praeityje nuolat besiginčijusios galios būtų perėmusios mokslo ratų, nuolat besikeičiančių patirtimi ir idėjomis, būdą. Buvo daromos labai ilgos kelionės (prisiminus Davy ir Faraday). Pradėti elektrolitiniai kondensatoriai nustato Vokietija, čempionatą ginčija Nyderlandai (18 vieta).
Išvada rodo pati savaime: mokslinis paveldas yra svarbesnis už momentinį pelną. Užtenka sugalvoti naują kondensatorių, sugalvoti jo panaudojimo būdus, išsiimti patentą ir iškart pradėti uždirbti. Dievas palaimina Ameriką, sako JAV gyventojai su neoficialiu himnu. Jis stovėjo už nugaros, veikė kaip skydas, kaip žadėjo Senasis Testamentas. Išradėjai apvaizdos valia atnešė pelno.
Leyden stiklainis
Nepaisant gandų, pirmasis Leyden stiklainio išradėjas neabejotinai yra Ewaldas von Kleistas. Pirmasis kondensatorius mažai panašus į tą, kuriame buvo susuktos daržovės. Krūvio kaupimosi reiškinys buvo atrastas vyno butelio pavyzdžiu. Von Kleistas nuleido elektrostatinio generatoriaus laidą į gyvsidabrį, laikydamas kondensatorių. Po pertraukos su šaltiniu paaiškėjo: išsikišęs galiukas plaka srove. Daug stipresnis nei elektrostatinė mašina. Poveikis buvo įvertintas nervų sistema gamtininkas.
Padaryta teisinga išvada: įkrovą galima sukaupti elektros pajėgumu, mechanizmas liko paslaptimi. Tai turėjo būti stiklas (Benjaminas Franklinas). Kaupia mokestį. Iš tikrųjų viela su gyvsidabriu tarnavo kaip viena suformuoto kondensatoriaus plokštė. Prietaisų, leidžiančių įvertinti įrenginio elektrinį pajėgumą, nebuvo. XVIII amžiaus viduryje buvo elektroskopas, galima sakyti: yra krūvis, daryk prielaidą apie ženklą (von Guericke'as atrado: įelektrintas rutulys, pritrauktas žmogaus nosies, po kontakto pradeda atstumti) .
Pasirodo, alkoholis praleidžia elektrą. Įsmeigęs į kamštį geležinę vinį ir užsandarinęs, von Kleistas mėgavosi sukauptos srovės smūgiais nuo kondensatoriaus elektrinės talpos. Pamažu dizainas pradėjo panašėti į dabartinį. Į termometro kolbą buvo nuleista viela, kurios gale buvo švino rutuliukas. Talpykla buvo pripildyta vandens. Trūko svarbios detalės – antrojo pamušalo. Elektrą buvo galima laikyti kelias valandas, demonstracijose sukelti nedidelius blyksnius, buvo labai įspūdinga.
Visiškai nieko nebuvo žinoma apie elektros srovę, kuri galėtų padėti patikrinti krūvio buvimą švelnesniais metodais. Von Kleistas pirštu palietė kontaktą, kai pavargo jį ištverti, ranka paėmė auksinės plokštelės gabalėlį. Aprašyti įvykiai baigiasi 1745 m. spalį, po mėnesio von Kleistas praneša apie savo pasiekimus dar dviem mokslininkams:
- Į Berlyną daktaras Lieberkunas.
- Halėje daktaras Krugeris.
Įrodydamas kitiems kūrinio gyvybingumą, von Kleistas privertė jį „pabučiuoti“ su savo kondensatoriumi, teigdamas, kad retas mazochistas norės tęsti vakarėlį. Nuo per didelio malūnėlio uolumo kolbos kartais sulūždavo. Kondensatorių kariai patyrė nuostolių, Benjaminas Franklinas sugalvojo terminą baterija. Toks stiprus buvo elektrostatinio generatoriaus sukaupto krūvio smūgis! Von Kleistas kartais paslapčia domėjosi, ar kondensatorius nelaikomas ranka, ar nėra iškrovos: nėra koncepcijos elektros grandinė. Objektus atsisakė elektrifikuoti kontaktiniu būdu, von Kleistas nusprendė: žmogaus kūnas neabejotinai susijęs su kondensatoriaus veikimu.
Mushenbroekas
Reikia priminti: neseniai buvo panaikintas raganų medžioklės įstatymas, Benjaminas Franklinas lengvai galėjo sumedžioti žaibą su aitvara, vokiečių mokslininko estafetę perėmė kažkoks Peteris van Muschenbroekas. Istoriniai šaltiniai sako: mokslo žmogus išrado Leyden indelį (kondensatorių) visiškai nepriklausomai nuo fon Kleisto. Matyt, mintis užpildė eterį, žmogus tiesiog suprato, kaip kiti peršąla. Rezultatas buvo įspūdingesnis nei atsigavimas.
Leideno universitete von Kleisto eksperimentai vis dar nutyli. Laurai skiriami Musschenbrook, kondensatoriaus atradimo data iš dokumentuotos 1746 m. sausio demonstracijos perkeliama į paslaptingą 1745 m. dieną. Perduodama išradimo garbė. Galima daryti prielaidą: Mušenbrukas buvo paslaptingai tylus, kaip žuvis ...
Mokslininkas Peteris van Muschenbroekas
1746 m. pradžioje René Antoine'ui Réaumur buvo pranešta. Negalima sakyti, kad mokslininkas užėmė iškilias pareigas, tačiau 40 metų jis savo buvimu apšvietė apskritimus, galėjo įvertinti kondensatoriaus išradimo reikšmę. Svarbiausia, kad Reaumuras asmeniškai pažinojo kunigą, Mokslų akademijos (Prancūzija) narį Jeaną-Antoine'ą Nollet, didelį entuziastą, linksmą bičiulį. Spėjama, kad pastarieji norėjo išmatuoti elektros srovės greitį ant vienuolių, vadovaudamiesi Leydeno stiklainiu. Planas žlugo: vienu metu šaukė 700 žmonių. Jie akimirksniu patikėjo mokslu, kondensatoriaus elektrinės talpos egzistavimu. Liudvikas XV tikėjo, kad 180 karališkųjų muškietininkų negalėjo atsakyti geležine ištverme, jiems buvo įvykdyta mirties bausmė. Viską nusprendžia personalas – skirtingai nei von Kleistas, van Muschenbrookas Nolle iškart sulaukė pripažinimo, kondensatorius pelnė šlovę.
Tačiau! Van Mushenbroekui pasisekė labiau nei jo pirmtakui. Daugelis ginčijasi, kad pirmąjį elektros šoką studentas patyrė sausio mėnesio demonstracijoje, jau pats klausimo iškėlimas sufleruoja: mokslininkas žinojo kondensatoriaus elektros talpos iškrovos pasekmes, gudriai šypsodamasis stebėjo studentus. Kiti šaltiniai teigia: atradimas buvo atliktas anksčiau. Laboratorijoje Muschenbrookas bandė išgauti kibirkštis ginklo vamzdžio pagalba: matyt, greitai sugalvojo, kaip elgtis su stikliniu statinio elektros generatoriaus rutuliu, kad išliktų gyvas. Atsitiktinai paaiškėjo, ant stalo gulėjo vandens pripildytas stiklainis, prie statinės kažkodėl buvo pririšta varinė viela, kuri buvo nuleista į indą.
Kažkodėl kibirkšties nebuvo, Mušenbrukas, galvodamas, viena ranka valdė stalą, liesdamas skardinę, kita paėmė statinę, taip sutrumpindamas kondensatoriaus elektros talpos iškrovos grandinę. Iškart supratau tikrąjį tikslą – ne veltui sakoma: neužtaisytas ginklas šauna kartą gyvenime. Reikėjo tapti magu ar fakyru! Su paprastu medžiokliniu šautuvu kurti ne juokas. Atatranka buvo labai stipri, atrodė, kad žaibas trenkė. Mokslininkas priėjo prie atradimo. Pavyko atrasti vieną dalyką: grandinė lengvai užsidarė per metalinį stalviršį. Vis dar negalėjo paaiškinti reiškinio.
Lieka pažiūrėti, ar paskaitoje-demonstracijoje buvo ginklas, bet vienas medžiotojas tikrai dalyvavo!
Leyden stiklainio dizainas
Leyden stiklainis pradėjo panašėti į posūkius. Jie pakeitė vyno butelį. Ant viršaus buvo tvirtai prisuktas metalinis dangtelis, kuris buvo įtrauktas į elektrodą. Bankai buvo pradėti derinti su baterijomis (parodyta paveikslėlyje), sudėti į dėžutę. Mushenbrookas pastebėjo, kad be priežiūros prietaisas greitai praranda įkrovą.
Leiden Marconi bankai
Leiden stiklainiai buvo naudojami pagal techniką dėl paprastos priežasties. Jie davė stiprų signalą, leisdami telegrafui veikti. Įrenginį buvo galima įkrauti rankiniu būdu, gera alternatyva. Apibrėžimas atrodys keistas, anksčiau laivuose buvo įrengti telegrafo ryšio įrenginiai. Jūreiviai vengia pokštų. Šiame paveikslėlyje pavaizduoti Marconi kompanijos gaminiai, įranga buvo ant nuskendusio Titaniko. Vakare vienam iš dviejų radistų nepasisekė, nuėjo į dugną.
Po Leyden stiklainio
Prietaisai buvo naudojami daugiau nei šimtą penkiasdešimt metų ir labai sėkmingai. Leydeno stiklainio pagalba buvo sukurta pirmoji virpesių grandinė. Kadangi nuolatinė srovė buvo naudojama visur, nereikėjo išradinėti. Jie tenkinosi galvaniniais elementais, Leideno bankais. Vėliau atsirado baterijos, savotiškas elektrocheminis srovės šaltinis.
Juokinga, rimtas prielaidas pirmųjų kondensatorių atsiradimui dabartine forma vėlgi sukūrė Nikola Tesla. Apie serbą daug parašyta, neįmanoma išsiaiškinti nuopelnų. Įrenginiams modeliuoti mokslininkas pradėjo naudoti virpesių grandines. Garsusis Wondercliff bokštas yra įspūdingo dydžio rezonansinė elektros grandinė.
XIX amžiaus pabaigoje pradėjo atsirasti įvairių tipų kondensatoriai.
Anglų chemikas, fizikas ir mokslo istorikas Josephas Priestley Leideno patirtį pavadino pačiu ryškiausiu atradimu elektros srityje. Ši patirtis, vainikavusi pirmojo kondensatoriaus išradimą, buvo XVIII amžiaus mokslinė sensacija: visus sužavėjo ilga melsva kibirkštis ir nustebino „elektros smūgis“, kai pro eksperimentuotojo kūną išsiliejo Leydeno stiklainis; žinovai įvertino Leyden stiklainio galimybę sukaupti didelį krūvį ir ilgai laikyti.
Netoli Maskvos esančiame muziejuje-dvare „Arkhangelskoje“ saugomas dailininko Charleso-Amedei Van Loo paveikslas „Elektrinė patirtis“ (1777). Kas iš tikrųjų yra patirtis, kurią taip autentiškai pavaizdavo menininkas?
Iki „voltinės kolonos“ išradimo (1799 m.) laboratoriniais elektros energijos šaltiniais buvo naudojamos tik trinties elektrifikavimo mašinos. Tokia mašina pavaizduota paveikslėlyje – stiklinis rutulys, kuris sukdamas trinasi į trinkelę ir generuoja krūvį (anksčiau kamuolys buvo tiesiog trinamas į asistento rankas). Mergina, pavaizduota paveikslo centre, stovi ant izoliuojančio stovo. Meškerė, kurią mergina laiko kairėje rankoje, beveik paliečia besisukantį kamuoliuką. Tarp rutulio ir strypo matomos kibirkštys. Žmogaus kūnas apskritai yra geras laidininkas, taigi kitas strypas, kurį laiko mergina dešinė ranka, taip pat apmokestinamas.
Pagrindinis eksperimento dalyvis – vargšas negras. Dešinėje rankoje laiko indą su vandeniu, į kurį panardinta ką tik minėta meškerė. Indas yra Leyden jar originalus (1745). Paveikslėlyje parodytame Leideno stiklainyje stiklas yra dielektrikas, vanduo – vidinis elektrodas, o eksperimentuojančiojo delnas – išorinis elektrodas. Nuotraukoje parodytas kondensatoriaus įkrovimo momentas. Praeis akimirka, negras priartins laisvą ranką prie strypo, tarp strypo ir rankos peršoks kibirkštis - ir kondensatorius išsikraus per negrą, kuris patirs elektros smūgį.
Vieną pirmųjų Leideno stiklainio tyrimų atliko amerikiečių mokslininkas, pedagogas ir politikas Benjaminas Franklinas, kuris visų pirma nustatė, kad Leideno indelyje vienu metu kaupiasi vienodo dydžio ir priešingo ženklo krūviai.
Franklinas susimąstė, kur iš tikrųjų „sėdi“ kaltinimai Leydeno stiklainyje. Norėdamas atsakyti į šį klausimą, Franklinas atliko tokį eksperimentą. Jis įkrovė Leyden stiklainį, o tada nuėmė nuo jo strypą ir „įelektrintą“ vandenį įpylė į kitą indą. Leideno eksperimentas su šiuo indu nepasiteisino, o pilamas naujas vanduoį pirmąjį Leyden stiklainį, Franklinas išleido jį per savo kūną ir patyrė beveik tokios pat jėgos elektros šoką, lyg nebūtų įpylęs „įelektrinto“ vandens. Franklinas padarė išvadą, kad užtaisai „sėdi“ stiklinėje, o ne vandenyje, kaip jis manė iš pradžių.
Šią patirtį aprašo daugelis mokslo istorikų, kurie kartu tiesiogiai ar netiesiogiai patvirtina Franklino išvados pagrįstumą. Deja, Addenbrooko (1922 m.) tyrimas, kuris parodė Franklino išvados klaidingumą, liko beveik nepastebėtas.
Addenbrookas pagamino sulankstomą kondensatorių, sudarytą iš trijų cilindrų: vieno stiklo ir dviejų metalinių, sandariai prigludusių prie stiklo atitinkamai iš vidaus ir išorės. Tyrėjas įkrovė tokį kondensatorių, tada atsargiai jį išmontavo ir metalinius cilindrus sujungė vienas su kitu. Jei balionai buvo įkrauti, tada, žinoma, jie turėjo būti iškrauti. Addenbrooke'as vėl surinko kondensatorių. Kaip ir Franklino eksperimente, kondensatorius buvo įkrautas beveik taip pat, kaip ir iš pradžių. Tačiau Adenbrooke'as lėtai patvirtino Franklino išvadą. Jis atliko panašų eksperimentą su parafino cilindru, o ne stikliniu, ir šiuo atveju rezultatas buvo priešingas nei Franklino: atkurtas kondensatorius buvo neįkrautas, o įkrovos, kaip vėliau paaiškėjo, „sėdėjo“ ant metalinių cilindrų-plokštelių. (žinoma, kol jie nepalietė).
Addenbrooke'as padarė išvadą, kad „Franklino efektas“ atsiranda dėl vandens plėvelės, kuri normaliomis sąlygomis visada yra padengta stiklu. Faktas yra tas, kad pusiausvyros krūviai yra ant laidininko paviršiaus, kurio vaidmenį tiesiog atlieka vandens plėvelė. Nuėmus laidininką (pvz., nuleidus vandenį), beveik visi laidininko krūviai lieka ant šios plėvelės. Jei stiklas kruopščiai išdžiovinamas ir eksperimentas atliekamas sausoje atmosferoje, „Franklino efektas“ nepastebimas.
Žinoma, Franklino eksperimente ant stiklo visada „teka“ jonai, tačiau šis poveikis yra nereikšmingas. Elektreto efektas šiuo atveju taip pat nereikšmingas. Pažymėtina, kad vandens plėvelė ant Leideno indo krašto netrukdo jo įkrauti dėl mažo jonų mobilumo (kondensatoriaus iškrovimas virš plėvelės vyksta daug lėčiau nei jo įkrovimas).
Fizikoje yra daug mokyklinių problemų, susijusių su minties eksperimentais pašalinant ir pakeičiant kondensatorių dielektrikus. Šiuo atveju numanoma, kad nėra „Franklino efekto“, t.y., įkraunamos tik kondensatoriaus plokštės. Kaip matote, iš tikrųjų situacija yra sudėtingesnė.
Leyden stiklainiams gaminti galima paimti bet kokius stiklinius indelius iš konservuotų vaisių, butelius su plačiomis burnomis ar tiesiog arbatos stiklines. Kondensatoriaus – Leyden stiklainio talpa priklauso nuo jo tūrio. Todėl norint sukaupti daugiau elektros, reikia pagaminti daugiau Leyden stiklainio. Tam tinkamiausi bus 0,5 arba 1 litro talpos stikliniai skardiniai. Turime paimti keturias vienodas skardines.
Visos skardinės turi būti apklijuotos 3/4 jų aukščio skardos folija, kuri naudojama arbatai, šokoladui ir kitiems gaminiams įvynioti. Bankai taip pat įklijuoti iš vidaus. Stiklainio dugną iš abiejų pusių būtina užsandarinti staniole. Tuo pačiu metu būtina užtikrinti, kad ant rėmo nebūtų raukšlių ir įtrūkimų. Jei kur nors yra mažų skylučių, jos užsandarinamos rėmo apskritimais. Rėmą galite klijuoti biuro klijais. Galite apsieiti be vidinio stiklainio įklijavimo, o tiesiog į stiklainį įpilkite šiek tiek smulkiai supjaustytos folijos ir nuleiskite į ją vielos imtuvą.
Leyden stiklainio imtuvas gali būti pagamintas įvairiais būdais. Imtuvas yra metalinis strypas, kurio gale yra rutulys arba kilpa, skirta sujungti vidinį skardinės pamušalą su įrankiu. elektros mašina. Galite sustiprinti jį banke naudodami platų žiedą, padarytą priešingame strypo gale. Šis žiedas turi tvirtai tilpti į stiklainį iki pat dugno. Taip pat galite pasukti spiralę išilgai vidinio skardinės skersmens. Jei stiklainiui naudojamas butelis su plačia burna, tada strypas pritvirtinamas kamštyje, kuris uždaro butelį. Strypas turi pasiekti skardinės dugną ir tvirtai prisispausti prie rėmo. Kad nesusibraižytų ir nepralaužtų skardinės vidinio pamušalo, strypo gale taip pat reikia padaryti nedidelį žiedelį, kuris galėtų pereiti per butelio kaklelį. Jei buteliuko kaklelis neleidžia perklijuoti jo vidų, vidinį skardinės pamušalą pakeis į jį įpiltas vanduo su trupučiu druskos. Vandens lygis turi atitikti išorinio pamušalo lygį. Į butelį galite supilti frakcijas iki to paties lygio.
Leiden skardinės bateriją lengva pagaminti. Visi skardinių imtuvai yra sujungti nuogi Varinė viela, o bankai sumontuoti ant lentos, įklijuotos rėmeliu. Tokia baterija sukaups keturis kartus daugiau elektros energijos nei vienas bankas. Leyden stiklainių ir jų akumuliatoriaus gamyba parodyta fig. 5a ir b.
Ryžiai. 5. Leiden stiklainiai ir jų sujungimas į baterijas.
a - Leyden skardinės, b - Leiden skardinių baterija, c - kibirkšties tarpas.