Конденсаторная банка. Исследовательский проект «Лейденская банка. Лейденская банка, конденсатор

Английский химик, физик и историк науки Джозеф Пристли назвал лейденский опыт самым замечательным открытием в области электричества. Этот опыт, которым увенчалось изобретение первого конденсатора, был научной сенсацией XVIII века: всех восхищала длинная голубоватая искра и изумляло «электрическое потрясение» при разряде лейденской банки через тело экспериментатора; знатоки ценили способность лейденской банки накапливать большой заряд и долго хранить его.

В ту ночь они увидели бы что-то действительно оригинальное. Что-то, что они запомнят на всю оставшуюся жизнь. Используя только два одиночных угольных стержня, Хамфри Дэви выпустит истинный потенциал электричества. Электричество является одним из самых невероятных явлений природы, и его самым сильным проявлением, которое мы когда-либо видели, является молния.

Это история о том, как мы представляем себе управление этой фундаментальной силой природы и как мы в конечном итоге становимся ее хозяином. Это 300-летняя история ослепительных идей и необыкновенных впечатлений. Тысячи вольт прошли через его тело до конца лампы, которую он держал.

В музее-усадьбе «Архангельское» под Москвой хранится картина художника Шарля-Амедея Ван Лоо «Электрический опыт» (1777 г.). В чем же, собственно, состоит опыт, столь достоверно изображенный художником?

До изобретения «вольтова столба» (1799 г.) лабораторными источниками электричества служили только машины, основанные на электризации трением. Такая машина и изображена на картине — стеклянный шар, который при вращении трется о подушечку и вырабатывает заряд (раньше шар терся просто о руки ассистента). Девушка, изображенная в центре картины, стоит на изолирующей подставке. Стержень, который девушка держит в левой руке, почти касается вращающегося шара. Видны искры между шаром и стержнем. Тело человека — в общем, неплохой проводник, поэтому другой стержень, который девушка держит в правой руке, также оказывается заряженным.

Это история неортодоксальных гениев, которые использовали электричество, чтобы освещать наши города, общаться по морям и воздуху, создавать современную индустрию и давать нам цифровую революцию. Но в этом эпизоде ​​мы расскажем историю ранних ученых, которые начали раскрыть тайны электричества.

Это похоже на то, что внутри внутри есть что-то живое. Они изучали их любопытную связь с жизнью, строили мощные и странные инструменты для ее создания и даже превосходили свой собственный луч. Именно эти люди заложили основы современного мира. И все началось с искры.

Главный участник опыта — бедняга-негритенок. В правой руке он держит сосуд с водой, куда погружен только что упомянутый стержень. Сосуд — это и есть лейденская банка в ее первоначальном варианте (1745 г.). В лейденской банке, изображенной на картине, диэлектриком служит стекло, внутренним электродом — вода, а внешним — ладонь экспериментатора. На картине изображен момент зарядки конденсатора. Пройдет мгновенье, негритенок приблизит свободную руку к стержню, между стержнем и рукой проскочит искра — и конденсатор разрядится через негритенка, который испытает электрический удар.

Шок и страх - История электричества Эпизод 1 - Искра. Представьте себе мир без электричества. Было бы темно, холодно и тихо. Во многом это будет похоже на начало века. Это Королевское общество в Лондоне. Ньютон принес своих покровителей на высшие должности, чтобы поддержать его новую роль. Новым главой демонстрационной индустрии был Фрэнсис Хауксби, 35 лет.

В ноябре он придумал это: вращающаяся стеклянная сфера. Он смог вытащить воздух изнутри, используя новую машину, воздушный насос. В его машине кривошип позволил ему повернуть мяч. Один за другим свечи в комнате стирались, и Фрэнсис положил руку на сферу. Аудитория собиралась увидеть что-то невероятное.

Одно из первых исследований лейденской банки провел американский ученый, просветитель и политик Бенджамин Франклин, который установил, в частности, что в лейденской банке одновременно накапливаются заряды, равные по величине и противоположные по знаку.

Франклин задался вопросом, где же, собственно, «сидят» заряды в лейденской банке. Для получения ответа на этот вопрос Франклин проделал такой опыт. Он зарядил лейденскую банку, а затем вынул из нее стержень и вылил «наэлектризованную» воду в другой сосуд. Лейденский опыт с этим сосудом не получился, зато, налив новой воды в первую лейденскую банку, Франклин разрядил ее через свое тело и испытал электрический удар практически такой же силы, как если бы он не выливал «наэлектризованную» воду. Франклин сделал вывод, что заряды «сидят» в стекле, а не в воде, как он сперва предположил.

В стеклянной сфере начал формироваться странный эфирный свет, танцующий вокруг его руки. Мы видим красивое синее свечение, оно маркирует форму моих рук, а затем пересекает мяч. Трудно понять, почему этот танцевальный синий свет представлял так много, но мы должны думать, что в то время природные явления, подобные этому, рассматривались как работа Всемогущего. Это было время, когда даже в теории Исаака Ньютона Бог постоянно вмешивался в поведение мира.

Для многих имело смысл интерпретировать явления природы как стихийные бедствия. Таким образом, когда простой смертный вмешивался в дело Божье, это было вне разумного понимания. Хауксби никогда не понимал важности своего опыта. Он потерял интерес к блестящей сфере и провел последние годы своей жизни, создавая все более захватывающие эксперименты для Исаака Ньютона, чтобы проверить его другие теории.

Этот опыт описывается многими историками науки, которые при этом явно или неявно подтверждают справедливость вывода Франклина. К сожалению, осталось почти незамеченным исследование Адденбрука (1922 г.), в котором показана ошибочность вывода Франклина.

Адденбрук сделал разборный конденсатор , состоящий из трех цилиндров: одного стеклянного и двух металлических, плотно прилегающих к стеклянному изнутри и снаружи соответственно. Исследователь зарядил такой конденсатор, затем аккуратно разобрал его и ввел в соприкосновение друг с другом металлические цилиндры. Если цилиндры были заряжены, то они, естественно, должны были при этом разрядиться. Адденбрук снова собрал конденсатор. Как и в опыте Франклина, конденсатор оказался заряженным практически также, как первоначально. Но Адденбрук не спешил подтвердить вывод Франклина. Он проделал подобный опыт с парафиновым цилиндром вместо стеклянного, и в этом случае получился результат, противоположный франклиновскому: восстановленный конденсатор был незаряженным, а заряды, как оказалось, «сидели» на металлических цилиндрах-обкладках (разумеется, до их соприкосновения).

Он никогда не понимал, что он непреднамеренно начал электрический переворот. До Гауксби электричество было просто любопытством. Древние греки терли янтарь, который они называли электроном, для небольших ударов. Но теперь машина Гауксби произвела электричество с поворотом ручки, и это было видно.

Возможно, что еще более важно, его изобретение совпало с появлением нового движения, которое распространилось по всей Европе под названием «Просветление». Но, по иронии судьбы, новая машина Хауксби не была сразу принята большинством интеллектуалов, а уличными магами и волшебниками.

Адденбрук сделал вывод, что «эффект Франклина» обусловлен водяной пленкой, которой в обычных условиях всегда покрыто стекло. Дело в том, что заряды в состоянии равновесия располагаются на поверхности проводника, роль которой как раз исполняет пленка воды. При удалении проводника (сливании воды, например) почти все заряды проводника остаются на этой пленке. Если тщательно просушить стекло и провести опыт в сухой атмосфере, то «эффект Франклина» не наблюдается.

Те, кто интересовался электричеством, называли себя «электриками». Одна история рассказывает об ужине, в котором участвовал австрийский граф. Электрик наложил на стол несколько перьев, а затем надели на стеклянную палочку шелковый шарф. Он удивил гостей, подняв перья своим штабом. Затем он продолжил электрифицировать себя, используя одну из электрических машин Гауксби. Он применил электрический удар для гостей, которые, вероятно, вскрикнули от удовольствия.

Но, к лучшему, он поставил стакан коньяка в центре стола, снова электрифицировал себя и зажег его искру от кончика пальца. Был трюк, называемый электрическим блаженством, в котором жертва сидела в изолированном стуле, и над его головой висела металлическая корона, которая не могла прикоснуться к его голове.

Конечно, в опыте Франклина всегда имеет место «перетекание» ионов на стекло, но этот эффект незначителен. Несуществен в данном случае и электретный эффект. Следует заметить, что водяная пленка на ободке лейденского сосуда не препятствует его зарядке из-за малой подвижности ионов (разрядка конденсатора по пленке происходит гораздо медленнее, чем его зарядка).

Когда коронка была электрифицирована, вокруг нее был электрический разряд, напоминающий ореол, поэтому его называли электрическим блафификацией. Когда Англия и Европа стали электрифицированы электричеством, очки стали больше. Любопытные электрики стали задавать более глубокие вопросы, а не просто делать шоу больше и лучше, но как мы могли контролировать эту невероятную силу.

И для некоторых это может привести к тому, что это электрическое пламя не просто развлечет? Одно из первых открытий никогда бы не произошло, если бы не страшный случай. Это Чартерхаус в центре Лондона. За последние 400 лет это была благотворительность для молодых сирот и пожилых людей. Стивен Грей был успешным шелковым красильщиком из Кентербери.

Есть много школьных задач по физике , в которых речь идет о мысленных экспериментах с удалением и заменой диэлектриков конденсатора. При этом молчаливо подразумевается, что «эффект Франклина» отсутствует, т. е. заряжены только обкладки конденсатора. Как видим, в действительности дело обстоит сложнее.

Он привык видеть, как из шелка прыгают электрические искры, и они его очаровали. К сожалению, неудачная авария закончилась его карьерой, оставив его в страданиях. Затем он получил шанс на новую жизнь в Чартерхаусе и время провести свои собственные электрические эксперименты.

Здесь, в Чартерхаусе, возможно, в этой комнате, в Великом офисе, Стивен Грей построил деревянную конструкцию, а на верхнем стержне он повесил две качели, используя шелковую веревку. Имея большую аудиторию, он поставил одного из сирот, которые жили здесь, чтобы лежать между двумя качелями. Серый поместил золотые листья перед сиротой. Затем он генерировал электричество и электрифицировал мальчика через соединительную панель. Листья золота, даже перья, прыгали к пальцам мальчика. Некоторые зрители утверждали, что видели искры из пальцев.

Сто восемьдесят королевских гвардейцев в парадных мундирах в Версале в присутствии его величества короля Франции берутся за руки и образуют большой круг. Читатель будет удивлен, но мы присутствуем при одном из публичных опытов с электричеством, столь модных во второй половине XVIII века.

В середине XVIII века была случайно открыта так называемая « лейденская банка » , вероятно, первый в мире конденсатор, накопитель больших количеств электричества.

Но шелковая веревка остановила ее. Это привело Грея к разделению мира на два разных типа веществ. Изолирующие и проводящие звонки. Изоляторы, которые удерживали электрический заряд внутри, не пропускали его, как шелк, волосы, стекло и смола. В то время как проводники допускали распространение электричества, например, ребенка или металлов. Это фундаментальное различие до сегодняшнего дня. Рассмотрим эти электрические башни. Они работают по тому же принципу, который был выведен Грей почти 300 лет назад.

Стеклянные и керамические предметы между проволокой и металлом башни - это изоляция, которая препятствует выходу электричества из провода в башню, а затем на землю. Как шелковые веревки в опыте Грея. Постарайтесь, чтобы Грей не мог сдержать электричество, которое он произвел в течение длительного времени. Она перешла от машины к мальчику и быстро выбежала. Следующий шаг в нашей истории пришел, когда мы научились хранить электричество. Но этого не произойдет в Британии, а на другой стороне канала в континентальной Европе.

Петер Мушенброк, профессор математики из Лейдена, обнаружил, что в стеклянной банке с остатками ртути и вставленным через пробку длинным гвоздем «пойманное» электричество может сохраняться довольно долго. Банку иногда укутывали металлической фольгой - гвоздь и фольга служили обкладками конденсатора, стекло их разделяло и хранило заряды.

Через Канал электрики были так же заняты, как англичане, и центр электротехнических исследований находился здесь, в Лейдене, Нидерланды. Профессора называли Питером ван Муссенбруком. В отличие от Гауксби и Грея, Муссенбрук появился в университете. Но, по иронии судьбы, его открытие не произошло из-за его строгой науки, но из-за простой человеческой ошибки. Он пытался найти способ сохранить электрический ток, подходящий для его демонстраций. Мы можем практически услышать его мысли, когда он пытается понять это.

Если электричество представляет собой текучую жидкость, например воду, то, возможно, ее можно хранить так же, как воду. Муссенброк пошел в свою лабораторию, чтобы попытаться создать устройство для хранения электроэнергии. Муссенброк начал думать буквально. Он поднял стеклянную банку и наполнил ее водой. Он поставил банку на изолятор, чтобы помочь сохранить ток внутри него. Затем он попытался вставить электричество в кувшин, изготовленный машиной, и провел провод в воду. Независимо от того, что он пытался, цепь не была внутри банки.

Зарядить лейденскую банку электричеством можно было с помощью особой «электрической машины» Герике, представлявшей собой шар из серы, насаженный на железную ось. Шар быстро вращали, прикосновение к нему руки или ременной передачи приводило к возникновению, как мы теперь говорим, электростатических зарядов. Железную ось Герике и гвоздь, воткнутый в лейденскую банку, легко соединить металлическим проводом - и в банке накопится достаточно много электричества, которое можно к тому же носить с собой…

Однажды, случайно, он забыл положить банку на изоляцию и наэлектризовать ее, пока она еще была в его руке. Наконец, держа банку одной рукой, он коснулся верхней части другой и получил такой сильный удар, что ее чуть не выбросили на пол. Даже тот, кто сделал это и выжил по благодати Божьей, не повторил бы его снова. Сила электричества, которая выходила из банки, была больше, чем что-либо ранее. Еще более удивительно, что в банке можно было хранить электричество в течение нескольких часов, даже дней.

В честь города, где Моссенброк сделал свое открытие, он назывался Лейденской баночкой. И его слава распространилась по всему миру. Это стало одной из первых быстрых глобализированных научных новостей. Но хотя лейденская банка оказалась глобальным электрическим явлением, никто не знал, как она работает.

Электрическая цепь из ста восьмидесяти гвардейцев по команде «замыкалась» через лейденскую банку: на одном конце цепи первый гвардеец дотрагивался рукой до металлической фольги, в которую была завернута банка, а на другом конце гвардеец, последний в цепи, прикасался к гвоздю, торчавшему из пробки. Сильный электрический удар мгновенно чувствовали все гвардейцы!

У одного есть кувшин электрической жидкости, и вы в конечном итоге получаете большой шок от этого, позволяя электрической жидкости идти на землю. Почему удар сильнее, если сосуд протекает? Почему не удар больше, если вся электрическая жидкость остается внутри банки? Электричество было, несомненно, фантастическим чудом.

Теперь он может быть сохранен и перемещен. Но что она была, как она работала и почему она это сделала, была полная тайна. В течение 10 лет возникнет непредвиденный прогресс от человека, политически и философски вступающего в войну с лондонской правящей элитой. И еще более шокирующий британскую электрическую элиту, такой человек был просто поселенцем.

«Было курьезно видеть,- писал очевидец этого опыта,- разнообразие жестов и слышать вскрики, исторгаемые неожиданностью у большей части получающих удар».

Мы не случайно назвали все происходившее «опытом». То был, несомненно, научный опыт, доказавший без ведома и желания участников не только достаточно высокую проводимость человеческого тела по отношению к электрическому току, но и даже один из законов электрических цепей, который будет установлен в лаборатории век спустя - при последовательном соединении большого числа проводников электричества во всей цепи течет одинаковый электрический ток.

Эта живопись Бенджамина Франклина находится здесь, в Королевском обществе в Лондоне. Франклин был ярым сторонником американской эмансипации, который видел стремление к рациональной науке и особенно к электричеству как средство прекращения невежества, идолопоклонства и его колониальных элитарных интеллектуальных мастеров. Это было смешано с глубокой демократической эгалитарной идеей, которую Франклин и его союзники имели, что это явление открыто для всех. Это было то, чего элита не понимала, но что они могли понять.

То, что элита не могла контролировать, но они могли контролировать. Что-то, что было главным источником суеверий. И они, рациональные, эгалитарные и потенциально интеллектуальные демократы, смогут объяснить, не будучи рабами магии или тайны. Это показывает Бенджамина Франклина, героического ученого, сотрясающего кайт в шторме, доказывая, что молния электрическая. Но даже несмотря на то, что Франклин предложил этот опыт, почти наверняка он этого никогда не делал. Скорее всего, ваш самый важный опыт - это тот, который он предложил, но не выполнил.

Король Франции дважды присутствовал на «электрическом представлении». Маловероятно, что желание второй раз увидеть это зрелище было вызвано научной любознательностью монарха. Скорее, ему хотелось еще раз посмотреть на «разнообразие жестов» и услышать «вскрики»…



error: