Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Лейденская банка. Виды и устройство. Работа и применение

Лейденская банка – это первый в своем роде электрический конденсатор, который появился на свет благодаря стараниям немецких и голландских ученых. В 1745 году подобную банку смастерил Эвальд Георг фон Клейст. Через год подобное устройство, но с некоторыми отличиями, создали в Лейденском университете. Этим устройством заинтересовался аббат Нолле из Франции, который продемонстрировал его королю. Именно благодаря демонстрации первая конструкция электрического конденсатора получила название банка из Лейдена.

До изобретения этой банки ученые вырабатывали электричество с помощью диэлектриков в виде стекла или янтаря, а также электростатических генераторов. Клейст решил провести эксперимент, зарядив электрическим зарядом воду в банке посредством штыря из железа. В то же время банка находилась на металлической тарелке. Проведя опыты, он понял, что в банке конденсируется электрический ток.

Виды
Лейденская банка почти всегда имела одно и то же строение. Однако конструкция банки с течением времени усовершенствовалась:
  • Изначально вода в ней была заменена на дробь.
  • Затем в качестве наружной поверхности стали использоваться тонкие пластины из свинца.
  • В последующем вместо пластин из свинца стали применяться листы из оловянной фольги.

Одним из вариантов устройства была батарейка лейденских бутылок, которые имели проводящую жидкость. В них были вставлены стержневые выводы, которые соединялись между собой. Сосуды соединяются с помощью общего вывода, вследствие чего получался большой конденсатор. Это устройство было изобретено Павлом Николаевичем Яблочковым. Указанные блоки можно было соединять последовательно либо параллельно. Конструкция в виде блоков в итоге получила довольно обширное применение в различных отраслях промышленности.

Устройство

Это сосуд из стекла, внутри и снаружи покрытый фольгированным листом. Посредством пробки из резины в сосуд вставляется стержень из металла таким образом, что он касается фольги, расположенной внутри банки. В результате листы фольги, расположенные внутри и снаружи, играют роль электродов при подсоединении их к наружному источнику электроэнергии. Для этого может быть использована батарейка, какой-нибудь аккумулятор, либо палка из эбонита, которую заранее потерли о мех.

Лейденская банка напоминала закрутку. Сверху накручивалась крышка из металла, которая входила в электрод. Через некоторое время банки объединялись с батареями, после чего их помещали в один ящик.

Эти устройства применялись порядка 150 лет. Так как везде был распространен постоянный ток, то не было необходимости изобретать что-то еще. Поэтому в основном довольствовались банками, чтобы обеспечить работу применявшихся в то время телеграфов.

Принцип действия

Лейденская банка имеет принцип действия, свойственный обычному электрическому конденсатору. Основное достоинство банки перед конденсаторами пластинчатого вида кроется в довольно большой поверхности, а также в наличии замкнутого контура при разных и одинаковых параметрах. В качестве источника заряда для банки может применяться батарея, аккумулятор либо другое устройство. Электрический заряд способна выдавать и палочка из эбонита, которая заранее была потерта о шерстяной материал. Она имеет свободные электроны.

При соприкосновении стержня из металла с крышкой сосуда электроны перемещаются от палочки на поверхность внутреннего электрода. В результате отрицательные заряды накапливаются на внутреннем электроде, так как банка имеет ограниченную способность к накоплению зарядов. В виду взаимного отталкивания не весь электрический заряд может перейти на электрод. Возможность накапливания или удерживания заряда как раз и зовется емкостью.

Емкость увеличивается благодаря присутствию второго электрода, который расположен на внешних стенках банки. При заземлении этого электрода, заряд который накапливается внутри, может притягивать с поверхности земли плюсовой заряд, равный такой же величине. Плюсовой заряд на электроде внутри банки притягивает отрицательные электроны, что приводит к частичному сдерживанию сил отталкивания. В результате можно несколько увеличить емкость банки.

Емкость может быть увеличена двумя способами:
  1. Повышение площади электродов, что позволит рассредоточить заряды, а также снизить взаимно отталкивающие силы.
  2. Можно также снизить толщину стенки банки. Однако необходимо понимать, что если оставить излишне тонкое стекло, то заряды будут рассеиваться.

Другим способом является подбор изоляционных материалов.

Применение

Лейденская банка считается одним из самых важных изобретений, что дало толчок к дальнейшему изучению электричества. Благодаря этому стали изучаться электропроводящие свойства многих материалов. Именно при помощи этой банки была получена электрическая искра искусственным путем. Сегодня банка в большинстве случаев используется лишь для демонстраций в виде элемента электрофорной машины. Ее заменили устройства в виде современных конденсаторов, которые отличаются большей емкостью и удобством использования.

Тем не менее, использование данного вида конденсатора позволяет наглядно продемонстрировать, как работает это устройство. Но банка имеет определенные ограничения по хранению электронов. Вызвано это не идеальностью применяемых изоляционных материалов. В то же время электроэнергия в такой банке может храниться достаточно долгое время, если отключить ее от цепи.

Благодаря изобретению банки удалось установить влияние элктроразрядов на человека. В результате появилась электромедицина. Именно в этой области стали широко применяться банки для проведения экспериментов и лечения человека. Банки использовались для телеграфов, ведь они давали необходимый сигнал. Устройство заряжалось вручную. Выяснилось, что устройства большего объема могли обеспечивать более сильный разряд.

При этом имелась и определенная зависимость от толщины стекла. При применении банок с тонкими стеклами можно было получать разряд на порядок сильнее, чем с толстыми стеклами. Именно благодаря изучению силы электрического удара появились плоские конденсаторы.

Лейденская банка
своими руками

Сегодня подобную банку можно смастерить самостоятельно и в довольно короткие сроки. Для этого потребуется банка из пластмассы, пластина из жести, которой припаивается изолированный провод, фильтровальная бумага, уголь активированный, соленая вода, а также крышка с выводом-контактом. Пластина помещается на дно банки, конец провода выводится наверх. Закрывается бумагой и слоем угля. Наливается вода, а банка закрывается крышкой с выводом. В результате банка будет иметь два изолированных провода. При подведении напряжения появится эффект конденсации.

Похожие темы:

Лейденская банка или как сделать простой конденсатор


Здравствуйте. Хотелось бы показать, как делается лейденская банка или самый простой конденсатор.
Но для начала немного информации для тех, кто не знает, что это такое ну а те, кто в курсе может и пропустить или почитать, дабы освежить память.
Лейденская банка — первый электрический конденсатор, изобретённый голландским учёным Питером Ван Мушенбруком и его учеником Кюнеусом в 1745 в Лейдене. Параллельно и независимо от них сходный аппарат под названием «медицинская банка» изобрёл немецкий учёный Эвальд Юрген фон Клейст.
Этот старинный прибор, может накапливать статическое электричество, чем меня и привлек.

Состоит он из емкости (банки) обернутой фольгой с внешней стороны и внутренней обклеенной собственно той же фольгой на две трети высоты, они и будут обкладками нашего конденсатора, а емкость (кстати, не должен пропускать электричество) будет диэлектриком между ними.

Из инструментов мне понадобились:
1) Ножницы.
2) Шило.
3) Плоскогубцы.
4) Паяльник.
Из материалов:
1)Емкость.
2)Фольга.
3)Кусочек медного провода.
4)Скотч.
5)Шарик от подшипника.

И так. За основу я взял емкость от закончившейся холодной сварки. Поначалу хотел из стеклянной баночки, но они все были толстостенные и большие.

Отрезал кусочек фольги для донышка, (чтобы увеличить полезную площадь и благодаря этому повысить производительность).

Следом я обернул фольгой снаружи стенку своей емкости, старался, чтобы фольга как можно плотнее прилегала к ней, ведь это тоже влияет на то, сколько она заряда будет накапливать.

Кстати в первой лейденской банке эту фольгу успешно заменила рука ученого Мусхенбрук (Мушенбрек) (1692—1761 гг.), обхватывавшего сосуд и понявшего, что лучше не стоило трогать провод, который был соединен к электростатической машине зарядившей лейденскую банку.
Поискав в закромах, нашел шарик от подшипника, жаль, конечно, что не нашлось большего диаметра, но он тоже неплохо собирает статическое электричество.

Решил закрепить посредством пайки. Для начала зачистил место пайки наждачной бумагой.

Затем полудил канифолью и спаял медную проволоку с шариком.

Дальше просто проткнул шилом крышку емкости и засунул туда провод с шариком.

На нижней фотографии видно цепочку, которую я ставил для контакта с внутренней обкладкой, но впоследствии отказавшись от фольги (ввиду отсутствия клея или фольгоскотча), которая внутри и заменив фольгу водой, она была демонтирована.

А вот и он в укомплектованном виде.

Электростатической машины чтобы проверить, у меня пока нет.
Пришлось заряжать его при помощи телевизора (зомбоящика). Поелозив два-три раза по экрану шариком, насобирал достаточное количество электрических зарядов для разряда искры.

А бьет, я вам скажу не хило, сильнее, чем пьезоэлемент зажигалки.
Не хотел я, конечно же, повторять опыт Питера Ван Мушенбрука но пришлось ввиду своей неаккуратности и легко отвлекаемости.

Тем, кто захочет сделать лейденскую банку собственными руками и не знает, как это сделать могу сказать следующее:

Сосуд может быть и стеклянный. Для маленькой лейденской банки лучше, если стенки будут тоньше.

Вместо фольги удобнее использовать фольгоскотч и следите за тем, чтобы пузырьки воздуха не оставались между скотчем и сосудом.

Если Вы решите внутреннюю сторону банки обклеить фольгоскотчем, то необходимо проследить за тем, чтобы проволока с шариком касались с внутренней обкладкой (можно запаять многожильный провод и сделать как бы кисточку или сделать типа пружинки из одножильного провода, в общем, вариантов масса). А если с водой, то провод обязательно должен касаться воды.

Шарик можно из любого материала даже диэлектрик только его нужно будет тоже покрыть фольгой (и чтобы фольга касалась провода), если захотите по быстрей можете просто скатать шарик из фольги.

Зарядить его можно даже расческой, ручкой и т.д. только это малоэффективно лучше если нет электрофорной машины, зарядить от экрана телевизора (подходят только те которые с электронно-лучевой трубкой).

И напоследок хотелось бы напомнить о технике собственно безопасности ведь это главное. Не повторяйте мою ошибку будьте бдительны. Конечно, от накопленного заряда небольшой лейденской банки Вы не умрете (зависит от многих факторов в том числе и от состояния Вашего здоровья ), а вот если сделаете его большим и или подключите к электрофорной машине, то вполне возможно. Именно благодаря лейденским банкам электрофорная машина развивает свою мощь и испускает такие длинные устрашающие (некоторых) искры, так как в банках накапливается собранный электрический заряд...

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

лейденская банка - Leyden jar

Старинное электрическое устройство, в котором хранится высоковольтный электрический заряд.

Ранняя лейденская банка с водой, состоящая из бутылки с металлической иглой, проходящей через пробку для контакта с водой.

Позже более распространенный тип с использованием металлической фольги, 1919 г.

Лейден банка (или Лейден банк или Kleistian банка ) представляет собой электрический компонент , который хранит высоковольтный электрический заряд (от внешнего источника) между электрическими проводниками на внутреннем и внешней стороне стеклянной банки. Как правило, он состоит из стеклянной банки с металлической фольгой, приклеенной к внутренней и внешней поверхности, и металлического вывода, выступающего вертикально через крышку банки для контакта с внутренней фольгой. Это была оригинальная форма конденсатора (также называемого

конденсаторным ).

Его изобретение было открытием, сделанным независимо немецким священнослужителем Эвальдом Георгом фон Клейстом 11 октября 1745 года и голландским ученым Питером ван Мушенбруком из Лейдена (Лейден) в 1745–1746 годах. Изобретение было названо в честь города.

Лейденская банка использовалась для проведения многих ранних экспериментов с электричеством, и ее открытие имело фундаментальное значение для изучения электростатики . Это было первое средство накопления и сохранения электрического заряда в больших количествах, которые могли быть разряжены по желанию экспериментатора, тем самым преодолевая значительный предел ранних исследований электропроводности. Лейденские сосуды до сих пор используются в образовании для демонстрации принципов электростатики.

История

Обнаружение лейденской банки в лаборатории Мушенбрука. Статическое электричество, создаваемое электростатическим генератором вращающейся стеклянной сферы, передавалось по цепи через подвешенный стержень в воду в стакане, который держал помощник Андреас Кунеус. В воде скопился большой заряд, а в руке Кунея на стекле - противоположный заряд. Когда он коснулся погружающейся в воду проволоки, он получил сильный удар.

В Древние греки уже знали , что куски янтаря может привлечь легкие частицы после того, как трут. Янтарь электризуется за счет трибоэлектрического эффекта , механического разделения заряда в диэлектрике . Греческое слово, обозначающее янтарь, - ἤλεκτρον («ēlektron»), оно является источником слова «электричество».

Около 1650 года Отто фон Герике построил примитивный электростатический генератор : серный шар, вращающийся на валу. Когда Герике прижал руку к мячу и быстро повернул штангу, возник статический электрический заряд . Этот эксперимент вдохновил на разработку нескольких форм «машин трения», которые очень помогли в изучении электричества.

Лейденская банка была фактически независимо открыта двумя сторонами: немецким дьяконом Эвальдом Георгом фон Клейстом , сделавшим первое открытие, и голландскими учеными Питером ван Мушенбруком и Андреасом Кунеусом, которые выяснили, как она работает, только когда их держали в руке.

Лейденская банка - устройство высокого напряжения; предполагается, что максимум ранние лейденские кувшины могли быть заряжены от 20 000 до 60 000 вольт. Центральный стержневой электрод на конце имеет металлический шарик для предотвращения утечки заряда в воздух из-за коронного разряда . Сначала он был использован в электростатических экспериментах, а затем в высоковольтном оборудовании, таком как радиопередатчики с искровым разрядником и аппараты электротерапии .

Фон Клейст

Эвальд Георг фон Клейст открыл огромные возможности хранения лейденской банки, работая над теорией, которая рассматривала электричество как жидкость, и надеялся, что стеклянная банка, наполненная спиртом, «захватит» эту жидкость. Он был диаконом в соборе Камина в Померании.

В октябре 1745 года фон Клейст попытался аккумулировать электричество в маленькой бутылочке с лекарством, наполненной спиртом, с гвоздем, вставленным в пробку. Он продолжал эксперимент, разработанный Георгом Матиасом Бозе, в котором через воду пропускали электричество, чтобы поджечь алкогольные духи. Он попытался зарядить баллон от большого первичного проводника (изобретенного Бозе), подвешенного над его машиной трения.

Клейст был убежден, что в стакане можно собрать и удержать значительный электрический заряд, который, как он знал, будет препятствовать утечке «жидкости». Он получил сильное потрясение от устройства, когда случайно задел гвоздь через пробку, все еще держа бутылку в другой руке. Он сообщил свои результаты, по крайней мере, пяти различным электрическим экспериментаторам в нескольких письмах с ноября 1745 года по март 1746 года, но не получил никакого подтверждения того, что они повторили его результаты, до апреля 1746 года. Даниэль Гралат узнал об эксперименте Клейста, увидев письмо к Пол Свитлицки, написанный в ноябре 1745 года. После неудачной первой попытки Гралата воспроизвести эксперимент в декабре 1745 года он написал Клейсту для получения дополнительной информации (и ему сказали, что эксперимент будет работать лучше, если будет использована трубка, наполовину заполненная спиртом). Гралату (в сотрудничестве с Готфридом Рейгером  [ де ] ) удалось добиться желаемого эффекта 5 марта 1746 года, держа в одной руке небольшой стеклянный флакон с лекарством с гвоздем внутри, поднося его к электростатическому генератору, а затем двигая другой рукой. близко к ногтю. Клейст не понимал значения его дирижирующей руки, держащей бутылку - и он, и его корреспонденты не хотели держать устройство, когда им сказали, что шок может отбросить их через всю комнату. Прошло некоторое время, прежде чем студенты-соратники Клейста в Лейдене пришли к выводу, что рука является важным элементом.

Мушенбрук и Куней

Изобретение лейденской кувшины долгое время приписывали Питеру ван Мушенбруку , профессору физики в Лейденском университете , который также руководил семейным литейным заводом, отливающим латунные канонетки, и небольшим бизнесом ( De Oosterse Lamp - «Восточная лампа»), который занимался научными и научными разработками. медицинские инструменты для новых университетских курсов по физике и для джентльменов-ученых, стремящихся создать свои собственные «кабинеты» раритетов и инструментов .

Как и Клейст, Мушенбрук также интересовался и пытался повторить эксперимент Бозе. В это время адвокат Андреас Куней узнал об этом эксперименте, посетив лабораторию Мушенбрука, и Куней попытался воспроизвести эксперимент дома с предметами домашнего обихода. Используя стакан пива, Куней не смог заставить его работать. Куней был первым, кто обнаружил, что экспериментальная установка может нанести серьезный удар, когда он держал свою банку в руке во время зарядки, а не помещал ее на изолированную подставку, не понимая, что это была стандартная практика, тем самым сделав себя частью схемы. . Он сообщил о своей процедуре и опыте Алламанду , коллеге Мушенбрука. Алламанд и Мушенбрук также получили серьезные потрясения. Мушенбрук сообщил об эксперименте в письме от 20 января 1746 года Рене Антуану Фершо де Реомюра , который был назначенным корреспондентом Мушенбрука в Парижской академии. Аббат Нолле прочитал этот отчет, подтвердил эксперимент, а затем прочитал письмо Мушенбрука на публичном собрании Парижской академии в апреле 1746 года (перевод с латыни на французский). Магазином Musschenbroek во Франции по продаже «кабинетных» устройств его компании был аббат Нолле (который начал создавать и продавать дубликаты инструментов в 1735 году). Затем Нолле дал электрическому накопителю название «Лейденская банка» и продвигал его как особый тип колбы на свой рынок состоятельных людей с научным любопытством. Таким образом, «клейстийская банка» рекламировалась как лейденская банка , и она была обнаружена Питером ван Мушенбруком и его знакомым Андреасом Кунеусом. Мушенбрук, однако, никогда не утверждал, что он его изобрел, и некоторые думают, что Куней упоминался только для того, чтобы уменьшить его авторитет.

Дальнейшие разработки

Через несколько месяцев после доклада Мушенбрука о том, как надежно создать лейденскую банку, другие исследователи-электрики начали создавать и экспериментировать с собственными лейденскими банками. Один интерес заключался в том, чтобы увидеть, можно ли увеличить общую возможную плату. Иоганн Генрих Винклер , чей первый опыт работы с одной лейденской банкой был описан в письме Королевскому обществу 29 мая 1746 года, 28 июля 1746 года соединил три лейденские банки вместе в своего рода электростатическую батарею. Даниэль Гралат сообщил в 1747 году, что в В 1746 г. он провел опыты по соединению двух или трех кувшинов, вероятно, последовательно . В 1746-1748 годах Бенджамин Франклин экспериментировал с последовательной загрузкой лейденских сосудов и разработал систему, состоящую из 11 стеклянных панелей с тонкими свинцовыми пластинами, приклеенными с каждой стороны, а затем соединенными вместе. Он использовал термин «электрическая батарея» для описания своей электростатической батареи в письме 1749 года о своих электрических исследованиях в 1748 году. Возможно, что выбор Франклина слова « батарея» был вдохновлен юмористической игрой слов в конце своего письма, где он писал Среди прочего, о приветствии исследователей-электриков из батареи орудий . Это первое зарегистрированное использование термина « электрическая батарея» . Множественные и быстрые разработки по соединению лейденских сосудов в период 1746–1748 гг. Привели к появлению множества расходящихся сообщений во вторичной литературе о том, кто создал первую «батарею», соединив лейденские сосуды, последовательно или параллельно, и кто первым использовал термин «аккумулятор». Позднее этот термин использовался для сочетания нескольких электрохимических ячеек - современное значение термина «батарея».

Начиная с конца 1756 года, Франц Эпинус в сложном взаимодействии сотрудничества и независимой работы с Йоханом Вильке разработал «воздушный конденсатор», разновидность лейденской банки, с использованием воздуха, а не стекла в качестве диэлектрика. Этот работающий аппарат без стекла создал проблему для объяснения Бенджамина Франклина лейденской банки, в котором утверждалось, что заряд находится в стекле.

Начиная с конца 18 века, он использовался в викторианской медицине в области электротерапии для лечения различных заболеваний электрическим током. К середине XIX века лейденская банка стала достаточно распространенной, и писатели могли предположить, что их читатели знают и понимают ее основную работу. Примерно на рубеже веков он начал широко использоваться в передатчиках с искровыми разрядниками и в медицинском электротерапевтическом оборудовании. К началу 20-го века улучшенные диэлектрики и необходимость уменьшить их размер, а также нежелательные индуктивность и сопротивление для использования в новой технологии радио привели к тому, что лейденская банка превратилась в современную компактную форму конденсатора .

Дизайн

Строительство лейденской банки.

Типичная конструкция состоит из стеклянного сосуда с проводящей оловянной фольгой, покрывающей внутреннюю и внешнюю поверхности. Покрытия из фольги не доходят до горловины банки, чтобы предотвратить искрение заряда между фольгами. Металлический стержневой электрод выступает через непроводящую пробку в горловине сосуда, электрически соединенный некоторыми средствами (обычно подвесной цепью) с внутренней фольгой, чтобы позволить ей заряжаться. Банку заряжают электростатическим генератором или другим источником электрического заряда, подключенным к внутреннему электроду, в то время как внешняя фольга заземлена . На внутренней и внешней поверхностях банки хранятся одинаковые, но противоположные заряды.

Изначально устройство представляло собой стеклянную бутылку, частично наполненную водой, с закрывающей ее металлической проволокой, проходящей через пробку. Роль внешней пластины обеспечивается рукой экспериментатора. Вскоре Джон Бевис обнаружил (в 1747 году), что можно покрыть внешнюю поверхность сосуда металлической фольгой, и он также обнаружил, что может достичь того же эффекта, используя стеклянную пластину с металлической фольгой с обеих сторон. Эти разработки вдохновили Уильяма Ватсона в том же году на создание сосуда с внутренней и внешней облицовкой из металлической фольги, что исключает необходимость использования воды.

Ранние экспериментаторы (такие как Бенджамин Уилсон в 1746 году) сообщили, что чем тоньше диэлектрик и чем больше поверхность, тем больший заряд может быть накоплен.

Дальнейшие разработки в области электростатики показали, что диэлектрический материал не важен, но увеличил накопительную способность ( емкость ) и предотвратил образование дуги между пластинами. Две пластины, разделенные небольшим расстоянием, также действуют как конденсатор даже в вакууме .

Хранение заряда

"Рассекаемая" лейденская банка, 1876 г. Измерительная лейденская банка

Первоначально считалось, что заряд хранился в воде в ранних лейденских кувшинах. В 1700-х годах американский государственный деятель и ученый Бенджамин Франклин провел обширные исследования как заполненных водой, так и фольгированных лейденских кувшинов, что привело его к выводу, что заряд хранился в стакане, а не в воде. Популярный эксперимент Франклина, который, кажется, демонстрирует это, включает в себя разборку банки после того, как она была заряжена, и демонстрация того, что на металлических пластинах может быть обнаружен небольшой заряд, и поэтому он должен быть в диэлектрике . Первый задокументированный случай этой демонстрации содержится в письме Франклина 1749 года. Франклин разработал «расслаиваемую» лейденскую банку (справа) , которая широко использовалась на демонстрациях. Сосуд сделан из стеклянной чашки, помещенной между двумя довольно плотно прилегающими металлическими чашками. Когда сосуд заряжают высоким напряжением и осторожно разбирают, обнаруживается, что со всеми частями можно свободно обращаться, не разряжая сосуд. Если детали будут повторно собраны, от них все равно может появиться большая искра .

Эта демонстрация, по-видимому, предполагает, что конденсаторы хранят свой заряд внутри своего диэлектрика. Эта теория преподавалась на протяжении 1800-х годов. Однако это явление - особый эффект, вызванный высоким напряжением на лейденской банке. В разъединяемой лейденской банке заряд переносится на поверхность стеклянной чашки за счет коронного разряда, когда банка разбирается; это источник остаточного заряда после повторной сборки банки. Работа с чашкой в ​​разобранном виде не обеспечивает достаточного контакта для удаления всего поверхностного заряда. Сода стекла является гигроскопичной и образует частично проводящее покрытие на своей поверхности, которая удерживает заряд. Адденбрук (1922) обнаружил, что в расслаиваемой банке из парафинового воска или стекла, обожженного для удаления влаги, заряд остается на металлических пластинах. Зеленый (1944) подтвердил эти результаты и наблюдал перенос заряда короны.

Количество заряда

Первоначально емкость измеряли в количестве « банок » заданного размера или по всей площади покрытия, предполагая разумно стандартную толщину и состав стекла. Типичная лейденская банка размером в одну пинту имеет емкость около 1 нФ .

Остаточная оплата

Если заряженный лейденский сосуд разряжен путем закорачивания внутреннего и внешнего покрытий и оставлен на несколько минут, банка восстановит часть своего предыдущего заряда, и из него может быть получена вторая искра. Часто это можно повторить, и через определенные промежутки времени можно получить серию из 4 или 5 искр, уменьшающихся по длине. Этот эффект вызван диэлектрическим поглощением .

Смотрите также

Примечания

Рекомендации

внешняя ссылка

Принцип действия. Загадка лейденской банки

Со школы все слышали про чудесную электрическую вещь с названием «лейденская банка». Однако, пообщавшись с некоторыми моими друзьями, далекими от техники, я с удивлением обнаружил, что лейденская банка в их понимании — некий чудесный артефакт, уступающий разве что только «неразгаданным изобретениям Теслы». К сожалению, лейденская банка — это всего лишь примитивный конденсатор, причем примитивный он так же по конструкции…

Конденсатор — вещь несложная, состоит из двух проводящих пластин с диэлектриком между ними. Емкость конденсатора зависит от площади этих пластин, от расстояния между ними (чем они ближе, тем емкость больше) и от диэлектрической проницаемости диэлектрика (то есть от материала между пластинами).

Вообще странно, что лейденскую банку не изобрели раньше, чем в 1745 году. Ее изобретатель делал эксперименты с электричеством, налив в банку воду и воткнув в нее штырь, который заряжался статически. Держась за штырь, он положил руку на стенку банки. Внутренним электродом конденсатора выступила жидкость в банке, а внешним — ладонь, приложенная к стеклу. Получилась замкнутая цепь через изобретателя — и он это сразу почувствовал (такое сложно не почувствовать). Я подозреваю, что лейденскую банку открывали до этого много раз, но всем казалось, что их долбануло через контакты — только один человек обратил внимание, что стекло это диэлектрик.

Однако, дальше начинаются заблуждения.
Если быстро выяснилось, что для функционирования лейденской банки достаточно два слоя фольги с обоих сторон стекла, то с емкостью было не все так ясно. Считалось, что электрическая емкость банки зависит не от площади поверхности ее стенок, а от объема. И поэтому почти до начала 20-го века строили лейденские банки многолитрового размера и для увеличения емкости соединяли их в батареи.

Уже только это является широким полем деятельности для попаданца.
Ведь достаточно сделать плоские конденсаторы, сложив в стопку листы фольги и слюды и соединив фольгу через одну. Емкость будет много больше, чем в классической лейденской банке, а вес и объем — куда как меньше. Можно брать патент, очень выгодный для 18 века.

Конденсатор хорош тем, что построить его можно в любом обществе, знающем металлы. Ведь металл можно взять любой — та же медь более чем годится. Да и диэлектрик тоже можно взять любой — от вощеной бумаги до воздуха. Хотя тут придется повозиться — чтобы диэлектрик был годен при любой влажности, не деградировал со временем и не плавился от жары. Слюда — один из лучших вариантов, диэлектрическая проницаемость у нее 7.5 (у кварца — 4, у — 4.5, у — 4.7). Конечно, есть варианты с керамикой, где диэлектрическая проницаемость колеблется от 10 до 20, но это специальная керамика, типа , что недешево.
Стоит только помнить, что от качества диэлектрика зависит напряжения, которое конденсатор выдерживает до пробоя. Классическая лейденская банка хороша тем, что в ней диэлектрик — стекло, что позволяет строить очень высоковольтные банки, хоть даже и небольшой емкости.

Конденсатор очень интересно себя ведет, если к нему подключить не постоянный ток, а переменный. Постоянный ток не проходит через конденсатор, ведь изолятор между обкладками — это разрыв цепи. Но если приложить ток переменный, то он начинает попеременно заряжать обкладки и конденсатор становится проводником — точнее резистором. Он приобретает так называемое реактивное сопротивление. И сопротивление это зависит от емкости конденсатора и от частоты тока. Конденсаторы малой емкости лучше проводят высокочастотный переменный ток и наоборот.

Зачем нужен конденсатор в древности? Вопросы радио оставим для других статей. А конденсатор очень пригодится в ритуальных целях. Воспоминание о первом ударе током останется у неофита до гробовой доски. А у попаданца наверняка выработается привычка заземлять алтарь перед работой с ним…

ЛЕЙДЕНСКАЯ БАНКА , конденсатор цилиндрической формы постоянной емкости; состоит из цилиндрического стеклянного сосуда (банки), внутренняя и наружная поверхности которого покрыты фольгой (обкладки конденсатора), не доходящей до отверстия банки приблизительно на 1/4 высоты (фиг. 1). Металлический стержень, проходящий через горло банки, соприкасается с внутренней обкладкой банки при посредстве гибкой проволоки или цепочки. Шарик, которым заканчивается стержень, является одним из полюсов конденсатора; наружная обкладка - другой его полюс. Емкость лейденской банки может быть приближенно вычислена по общей формуле технических конденсаторов:

где ε - диэлектрическая постоянная стекла, S - средняя величина (в см 2) поверхностей обкладок, d - средняя толщина (в см) стенки, или, лучше, по специальной формуле (для цилиндрических конденсаторов):

где I - длина лейденской банки, а r - внутренний радиус ее; предполагается, что l > r > d. Емкость лейденской банки незначительна - не больше 15000 см. Для получения больших емкостей лейденские банки соединяются в батареи. Лейденской банки в состоянии выдержать значительную разность потенциалов на своих обкладках - порядка нескольких десятков тысяч вольт (V). Недостаток лейденской банки: незначительная емкость, при сравнительно больших размерах занимаемого места, и хрупкость.

Лейденская банка была изобретена в 1745 году в г. Лейдене (отсюда ее название). Долгое время она была очень распространенной формой конденсаторов. В настоящее время на промышленных установках лейденские банки в своем первоначальном виде употребляется сравнительно редко. Промышленной формой лейденских банок являются лейденские банки фирмы Шотт, выработавшей специальное стекло (минос ) с минимальными потерями и конденсатор Мосцицкого (фиг. 2). Последний изготовляется в виде длинных банок небольшого диаметра из специальных сортов стекла с малыми диэлектрическими потерями. Обкладки - серебряные, гальванически покрытые слоем меди для лучшего прилегания обкладок к стеклу. В отверстии банки укреплен фарфоровый изолятор, сквозь который проходит стержень, соприкасающийся с внутренней обкладкой. Конденсатор устанавливается в защитном металлическом сосуде, причем пространство между наружной обкладкой конденсатора, и стенкой защитного сосуда заполняется охлаждающей жидкостью.

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 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.

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.

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.

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).

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.

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).

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.


Здравствуйте. Хотелось бы показать, как делается лейденская банка или самый простой конденсатор.
Но для начала немного информации для тех, кто не знает, что это такое ну а те, кто в курсе может и пропустить или почитать, дабы освежить память.
Лейденская банка - первый электрический конденсатор, изобретённый голландским учёным Питером Ван Мушенбруком и его учеником Кюнеусом в 1745 в Лейдене. Параллельно и независимо от них сходный аппарат под названием «медицинская банка» изобрёл немецкий учёный Эвальд Юрген фон Клейст.
Этот старинный прибор, может накапливать статическое электричество, чем меня и привлек.

Состоит он из емкости (банки) обернутой фольгой с внешней стороны и внутренней обклеенной собственно той же фольгой на две трети высоты, они и будут обкладками нашего конденсатора, а емкость (кстати, не должен пропускать электричество) будет диэлектриком между ними.

Из инструментов мне понадобились:
1) Ножницы.
2) Шило.
3) Плоскогубцы.
4) Паяльник.
Из материалов:
1)Емкость.
2)Фольга.
3)Кусочек медного провода.
4)Скотч.
5)Шарик от подшипника.

И так. За основу я взял емкость от закончившейся холодной сварки. Поначалу хотел из стеклянной баночки, но они все были толстостенные и большие.


Отрезал кусочек фольги для донышка, (чтобы увеличить полезную площадь и благодаря этому повысить производительность).


Следом я обернул фольгой снаружи стенку своей емкости, старался, чтобы фольга как можно плотнее прилегала к ней, ведь это тоже влияет на то, сколько она заряда будет накапливать.



Кстати в первой лейденской банке эту фольгу успешно заменила рука ученого Мусхенбрук (Мушенбрек) (1692-1761 гг.), обхватывавшего сосуд и понявшего, что лучше не стоило трогать провод, который был соединен к электростатической машине зарядившей лейденскую банку.
Поискав в закромах, нашел шарик от подшипника, жаль, конечно, что не нашлось большего диаметра, но он тоже неплохо собирает статическое электричество.


Решил закрепить посредством пайки. Для начала зачистил место пайки наждачной бумагой.

Затем полудил канифолью и спаял медную проволоку с шариком.


На нижней фотографии видно цепочку, которую я ставил для контакта с внутренней обкладкой, но впоследствии отказавшись от фольги (ввиду отсутствия клея или фольгоскотча), которая внутри и заменив фольгу водой, она была демонтирована.


А вот и он в укомплектованном виде.


Электростатической машины чтобы проверить, у меня пока нет.
Пришлось заряжать его при помощи телевизора (зомбоящика). Поелозив два-три раза по экрану шариком, насобирал достаточное количество электрических зарядов для разряда искры.

А бьет, я вам скажу не хило, сильнее, чем пьезоэлемент зажигалки.
Не хотел я, конечно же, повторять опыт Питера Ван Мушенбрука но пришлось ввиду своей неаккуратности и легко отвлекаемости.

Тем, кто захочет сделать лейденскую банку собственными руками и не знает, как это сделать могу сказать следующее:

Сосуд может быть и стеклянный. Для маленькой лейденской банки лучше, если стенки будут тоньше.

Вместо фольги удобнее использовать фольгоскотч и следите за тем, чтобы пузырьки воздуха не оставались между скотчем и сосудом.

Если Вы решите внутреннюю сторону банки обклеить фольгоскотчем, то необходимо проследить за тем, чтобы проволока с шариком касались с внутренней обкладкой (можно запаять многожильный провод и сделать как бы кисточку или сделать типа пружинки из одножильного провода, в общем, вариантов масса). А если с водой, то провод обязательно должен касаться воды.

Шарик можно из любого материала даже диэлектрик только его нужно будет тоже покрыть фольгой (и чтобы фольга касалась провода), если захотите по быстрей можете просто скатать шарик из фольги.

Зарядить его можно даже расческой, ручкой и т.д. только это малоэффективно лучше если нет электрофорной машины, зарядить от экрана телевизора (подходят только те которые с электронно-лучевой трубкой).

И напоследок хотелось бы напомнить о технике собственно безопасности ведь это главное. Не повторяйте мою ошибку будьте бдительны. Конечно, от накопленного заряда небольшой лейденской банки Вы не умрете (зависит от многих факторов в том числе и от состояния Вашего здоровья), а вот если сделаете его большим и или подключите к электрофорной машине, то вполне возможно. Именно благодаря лейденским банкам электрофорная машина развивает свою мощь и испускает такие длинные устрашающие (некоторых) искры, так как в банках накапливается собранный электрический заряд...

Конденсаторы

Александр Семенов

Конденсаторы являются непременным элементом любых электронных схем, от простых до самых сложных. За два с половиной века своего существования они весьма значительно изменили свой облик и сегодня отвечают всем требованиям передовой технологии. Некоторые конденсаторы стоят не больше рубля, но их производство в мировом масштабе исчисляется миллиардами долларов.

Принципы изготовления конденсаторов стали известны еще 250 лет назад, когда в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук (см. статью "Первые опыты по передаче электричества на расстояние") создали первый конденсатор - "лейденскую банку" - в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, откуда и возникло название. Эти принципы не изменились до сих пор, однако совершенствование технологий и применение новых материалов позволили значительно улучшить конструкцию конденсаторов. Суммарный заряд, который мог накапливаться в лейденской банке емкостью 1 литр, теперь можно "уместить" в устройстве размером не больше булавочной головки. За последние 30 лет размеры конденсаторов уменьшались столь же быстро, сколь быстро происходила миниатюризация в электронике.

Миниатюризация - основное направление в совершенствовании конструкции конденсаторов, поскольку от этого зависит дальнейшее уменьшение размеров интегральных схем. Существуют две наиболее распространенные конструкции конденсаторов: одна основана на использовании хрупких керамических слоев толщиной 0,002 см и меньше, а в основе другой лежит технология, позволяющая "сворачивать" плоские структуры площадью с газетный лист в объемные конструкции размером с кусок сахара. Чтобы понять теоретические основы этих технологий, вернемся к самым первым конденсаторам.

Прообразом современных конденсаторов, как уже было сказано, была лейденская банка. В 1746 г. ее усовершенствовал английский ученый, астроном и физик Дж. Бевис. Лейденская банка представляет собой стеклянный сосуд, внутренняя и наружная поверхность которого покрыты двумя листами фольги. Через резиновую пробку в сосуд вставлен металлический стержень так, что он касается внутреннего листа фольги. Внутренний и наружный листы фольги, в обычных условиях имеющие нейтральный заряд, играют роль электродов, если их подсоединить к внешнему источнику электрических зарядов.

Источником зарядов может быть электрическая батарейка, генератор или простая эбонитовая палочка, потертая о шерсть или мех. Если такой палочкой, несущей в себе свободные электроны, коснуться металлического стержня в горлышке сосуда, электроны перетекут с палочки на внутренний электрод. Таким образом отрицательный заряд будет перенесен на внутренний электрод. Поскольку способность накапливать заряды у сосуда ограничена их взаимным отталкиванием, их переход на электрод не может быть бесконечным. Способность накапливать или удерживать заряды называется емкостью.

В лейденской банке емкость увеличивается благодаря наличию второго электрода на внешней стенке сосуда. Если этот электрод заземлить, то заряд, накопленный на внутреннем электроде, будет притягивать из земли такой же по величине заряд противоположного знака. Накопленный на наружном электроде положительный заряд притягивает находящиеся на внутреннем электроде отрицательно заряженные электроны, частично нейтрализуя силы отталкивания, сдерживающие накапливание электронов. Благодаря этому емкость сосуда увеличивается. Однако расти бесконечно она не может.

Имеются два пути увеличения емкости лейденской банки. Один из них заключается в увеличении площади электродов, чтобы дать возможность зарядам рассредоточиться в большем пространстве и тем самым уменьшить силу взаимного отталкивания электронов. Другой путь - уменьшить толщину стеклянной стенки сосуда, разделяющей заряды, скапливающиеся на внутреннем и внешнем электродах. Не надо забывать при этом, что если стекло будет слишком тонким, электроны смогут пройти сквозь него, создавая искровой разряд, что приведет к рассеянию заряда.

Оба пути в лейденской банке трудно реализовать, но они входят в число трех классических способов, к которым прибегают современные ученые и инженеры при разработке новых конструкций конденсаторов. Третье направление увеличения емкости - учет особенностей поведения электронов в изоляторах. Хотя электроны в изоляционном материале неподвижны, они все же могут слегка смещаться под воздействием сил притяжения или отталкивания, действующих со стороны электродов. На одной стороне разделяющего электроды диэлектрика электроны как бы "вспучиваются" под его поверхностью, создавая отрицательный заряд, на другой его стороне они "утопают" в толщу диэлектрика, увеличивая в подповерхностной зоне значение положительного заряда.

Таким образом, созданные в диэлектрике заряды способствуют нейтрализации зарядов на обкладках, а некоторые диэлектрики могут нести заряды, которые по величине не уступают зарядам на самих электродах. Нейтрализация зарядов уменьшает действие сил отталкивания и создает условия для накопления на электродах большего заряда, что ведет к увеличению емкости. Степень проявления этого феномена зависит от свойств диэлектрика и называется диэлектрической проницаемостью материала. Диэлектрическая проницаемость указывает, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, когда вместо вакуума пространство между его электродами (обкладками) заполняется данным материалом. Стекло, используемое в лейденской банке, имеет значение диэлектрической проницаемости около 5, а диэлектрическая проницаемость новых материалов, используемых в современных конденсаторах массового производства, достигает 20 000.

Применением этих материалов как раз и объясняется высокая эффективность работы многослойных керамических конденсаторов, являющихся одним из двух наиболее распространенных видов этого устройства. Другой тип - электролитические конденсаторы; их удельная емкость (на единицу объема) еще выше, даже без использования диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью. Объем производства тех и других составляет 95% общего количества поступающих в продажу конденсаторов.

Многослойный керамический конденсатор - уменьшенный вариант лейденской банки. На практике в качестве диэлектрика в керамических конденсаторах используется титанат бария с добавлением небольшого количества других оксидов. Такие керамики, имеющие диэлектрическую проницаемость в пределах от 2000 до 6000, в исходном состоянии представляют собой тонкодисперсный порошок, частицы которого имеют диаметр несколько микрон. Порошок смешивают с растворителем, содержащим связующее вещество, которое потом соединит равномерно рассредоточенные в растворе частицы керамики. Полученная смесь в виде жидкой глины имеет такую же консистенцию, как и краска. Смесь разливают слоем толщиной несколько сотых долей миллиметра на бумажную или стальную ленту и высушивают. Пленка режется на квадратные пластины размером 15-20 см; на каждую такую пластину методом печатного монтажа наносится несколько тысяч обкладок через специальный трафарет, задающий их конфигурацию. Для нанесения обкладок используется серебряно-палладиевая суспензия.

После того как обкладки нанесены, берут 30-60 пластин и спрессовывают их между несколькими слоями таких же пластин, на которые обкладки не наносились. Полученные заготовки конденсаторов обжигаются в печи с медленным нагревом до 1000-1400°С.

Электролитический конденсатор можно уподобить лейденской банке из очень тонкого стекла, уменьшенной до размеров небольшого куба. Он изготавливается из куска металла с 60%-ной пористостью. Для большинства современных электролитических конденсаторов используют измельченный тантал - твердый металл серого цвета. Порошок тантала спрессовывается и затем в течение нескольких часов полученную заготовку нагревают в вакуумной камере до температуры, близкой к 2000°С. В результате частицы металла спекаются, плотно сцепляясь друг с другом. Образуемые при этом небольшие ниши и щели в толще спрессованного порошка повышают поверхностную площадь заготовки, которая потом будет служить одной из обкладок конденсатора. Затем в электролитической ванне заготовку подвергают анодированию, чтобы на поверхностях пор получить изолирующий слой оксида тантала. Потом заготовку погружают в раствор нитрата марганца. В ее порах после нагрева осаждаются частицы полупроводящего диоксида марганца, слой которых играет роль одной обкладки, а танталовые частицы под слоем оксида тантала - другой обкладки. Конденсатор сначала покрывают графитовой, потом серебряной краской, напыляют слой никеля и заделывают в корпус.

Несмотря на то что электролитические конденсаторы имеют наибольшую удельную емкость по сравнению с другими типами конденсаторов, область их применения ограничена. Во-первых, это объясняется тем, что подводимое к нему напряжение должно иметь определенную полярность, которую нельзя менять. Эта особенность допускает использование электролитических конденсаторов только в цепях постоянного тока. Во-вторых, электролитические конденсаторы более подвержены пробою, поскольку слои диэлектрика в нем очень тонкие.

По материалам журнала Scientific American

История конденсаторов часть 1: первые открытия / Хабр

История конденсаторов начинается вместе с первыми попытками изучения электричества. Я уподобляю их первым шагам авиации, когда люди изготавливали самолёты из дерева и ткани и пытались подпрыгнуть вверх, в воздух, не понимая в аэродинамике достаточно для того, чтобы понять, как остаться наверху. В изучении электричества был похожий период. Ко времени открытия конденсатора наше понимание было настолько примитивным, что считалось, будто электричество представляет собой жидкость, существующую в двух формах – стеклообразной и смолистой. И, как вы увидите дальше, всё поменялось в ранние годы развития конденсаторов.

История берёт начало в 1745 году. В то время электричество можно было создавать только электростатическим генератором. Стеклянный шар вращался со скоростью нескольких сотен оборотов в минуту, а экспериментатор прикасался к нему руками. Накопленное на нём электричество можно было разрядить. Сегодня мы называем этот эффект трибоэлектрическим – тут вы можете увидеть, как с его помощью можно запитать LCD-экран.

В 1745-м Эвальд Юрген фон Клейст из Померании (Германия) попробовал хранить электричество в алкоголе, решив, что может перевести электричество по проводнику от генератора в стеклянный медицинский сосуд. Поскольку электричество считалось жидкостью, такой подход выглядел разумным. Он считал, что стекло помешает электрической жидкости убежать из алкоголя. Он делал это примерно так же, как показано на картинке, пропустив гвоздь через пробку и опустив его в алкоголь, держа стеклянную бутылку одной рукой. О важной роли руки он в тот момент не догадывался. Фон Клейст обнаружил, что может получить искру, если прикоснётся к проводу, более мощную, чем если бы он использовал только один генератор.

Он сообщил о своём открытии группе немецких учёных в конце 1745 года, и новости дошли до Лейденского университета в Нидерландах, но по пути были перевраны. В 1746 Питер ван Мушенбрук со своим студентом Андреасом Кунэусом удачно повторил эксперимент, только с водой. Мушенбрук сообщил широкой французской научной общественности о результатах эксперимента. Считается, что Мушенбрук сделал это открытие независимо. Но это было только началом.

Жан-Антуан Ноле (известный также как аббат Ноле), французский экспериментатор, окрестил сосуд Лейденским и продавал его как особый вид бутылей богатым людям, интересовавшимся наукой.

Именно в Лейденском университете обнаружили, что эксперимент работает, только если держать контейнер рукой, а не поддерживать его изолирующим материалом.

Сегодня мы понимаем, что жидкость, контактировавшая со стеклом, работала как одна пластина конденсатора, а рука – как другая, стекло же было диэлектриком. Источником высокого напряжения был генератор, а рука и тело обеспечивали заземление.

Даниэль Гралат, физик и мэр Гданьска (Польша) первым объединил несколько сосудов параллельно, чем увеличил количество хранимого заряда. В 1740-х и 1750-х Бенджамин Франклин на территории, вскоре превратившейся в Соединённые Штаты Америки, также экспериментировал с лейденскими банками и назвал коллекцию из нескольких банок батареей, из-за сходства с батареей орудий.


батарея Лейденских банок


разбираем банку


разобранная банка

Франклин экспериментировал с водой в бутылках и с фольгой, выстилавшей бутылки, и решил, что заряд хранится в стекле, а не в воде. Он работал с разборными лейденскими банками, у которых внешняя и внутренняя фольга снималась со стекла. Позже было доказано, что он неправ. Франклин работал с гигроскопичным стеклом, и когда он убирал фольгу, заряд перемещался через коронный разряд во влагу в стекле. Если использовать ёмкость из твёрдого парафина или закалённого стекла, заряд остаётся на металлических пластинах. Существует ещё один эффект, диэлектрическое поглощение, происходящий из-за диполей в диэлектрике, в результате которого конденсатор сохраняет заряд даже после закорачивания пластин.

Франклин работал с плоскими стеклянными пластинами, с фольгой с обеих сторон, описав конструкцию из нескольких таких конденсаторов в одном из писем.

Примерно в то же время другие эксперименты Франклина показали, что за переноску заряда отвечает лишь одна субстанция, хотя её по-прежнему считали жидкостью – открытию электрона суждено было случиться только в районе 1800 года. Он обнаружил, что в заряженном объекте имеется либо избыток этой «жидкости», либо недостаток. Это опровергло гипотезу о двух видах электричества.

В 1776 году Алессандро Вольта, работая с различными методами измерения электрического потенциала, или напряжения (V) и заряда (Q), открыл, что для заданного объекта V и Q пропорциональны, назвав это “законом ёмкости”. Благодаря этому исследованию единицу напряжения назвали в его честь.

Термин «конденсатор» не использовался до 1920-х. Долгое время их называли конденсорами, и до сих пор называют так в некоторых странах и для некоторых целей [например, у нас – по-английски их зовут «capacitor» от слова «capacity» – «ёмкость» / прим. перев.]. Термин конденсор был предложен Вольтой в 1782 году, и происходил он от итальянского condensatore. Название обозначало возможность устройства хранить большую плотность заряда, чем изолированный проводник.


Аппарат Фарадея

В 1830-х Майкл Фарадей проводил эксперименты, определившие, что материал, находящийся между пластинами конденсатора, влияет на количество заряда, сохраняющегося на пластинах. Он экспериментировал со сферическими конденсаторами – две концентрические металлические сферы, между которыми мог быть воздух, стекло, воск, шеллак (смола) или другие материалы. Используя крутильные весы Кулона, он измерял заряд конденсатора, когда в промежутке между сферами был воздух. Затем, сохраняя напряжение без изменений, он измерял заряд, заполняя промежуток другими материалами. Он обнаружил, что заряд был больше, если вместо воздуха использовались другие материалы. Он назвал это особой индуктивной ёмкостью, и из-за этой его работы единицы ёмкости называют фарадами.

Термин «диэлектрик» впервые был использован в письме от Уильяма Уивела к Фарадею, где он описывал, как Фарадей придумал термин «димагнетик» по аналогии с «диэлекриком», и что наверно нужно было бы использовать термин «диамагнетник», но тогда было бы неудобно использовать термин «диаэлектрик» из-за трёх гласных подряд.


Генератор Уимсхёрста

Лейденские банки и конденсаторы, изготовленные из плоского стекла и фольги, использовались для искровых передатчиков и медицинской электротерапии до конца 18 века. С изобретением радио конденсаторы стали постепенно принимать современный вид, в основном из-за необходимости уменьшения индуктивности, для работы на высоких частотах. Мелкие конденсаторы делали из гибких листов диэлектрика, таких, как промасленная бумага, часто закрученная, с фольгой с двух сторон. История современных конденсаторов описывается отдельным постом.

Интересно, что ранние конденсаторы очень похожи на самоделки, и некоторые действительно делались энтузиастами. Лейденские банки и сейчас используются любителями высоких напряжений, как в этом генераторе Уимсхёрста, напечатанном на 3D-принтере, и как в этом развлечении с "банкой смерти".

Тест по физике "Свободные и вынужденные электромагнитные колебания" 11 класс

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания

Задание 1

на рисунке представлен график зависимости силы тока вынужденных колебаний от частоты, вынуждающей ЭДС. Определите амплитуду колебаний при резонансе.

1) 5 А 2) 1 А 3) 4 А 4) 8 А

Задание 2

Лейденская банка представляет собой

1) первый конденсатор 2) прибор, для изучения колебаний

3) прибор, для зарядки воды 4) прибор, созданный для утех короля Франции

Задание 3

Почему свободные электромагнитные колебания со временем затухают?

1) происходит потеря энергии за счет сопротивления соединительных проводов

2) катушка обладает сопротивлением

3 ) все перечисленное 4) конденсатор обладает сопротивлением

Задание 4

Как называется прибор, представленный на рисунке?

1) Парижская банка 2) банка Кюнеуса 3) лейденская банка 4) банка Мушенбрука

Задание 5

Свободные колебания - это

1) периодические изменения силы тока и других электрических величин в цепи под действием переменной ЭДС от внешнего источника

2) колебания, возникающие в системе за счет расходования сообщенной этой системе энергии, которая в дальнейшем не пополняется

3) периодические изменения со временем электрических и магнитных величин в электрической цепи

4) ответ неоднозначен

Задание 6

Почему при разрядке лейденской банки через катушку со стальным сердечником, сердечник намагничивается каждый раз по-разному?

1) в цепи возникают электромагнитные колебания

2) конденсатор каждый раз разряжается в разном направлении

3) не возможно дать ответ на этот вопрос

4) все зависит от начального заряда лейденской банки

Задание 7

Периодические изменения со временем электрических и магнитных величин в электрической цепи, называются

1) механическими колебаниями 2) никак не называются

3) осциллограммой 4) электромагнитными колебаниями

Задание 8

Свободные колебания со временем

1) затухают 2) превращаются в вынужденные

3) ответ не однозначен 4) могут существовать сколь угодно долго

Задание 9

Свое название лейденская банка получила

1) данное название ей дал король Франции, поразившийся демонстрации свойств банки

2) ее так назвал аббат Нолле

3) лейден переводится как электричество 4) в честь города Лейдон

Задание 10

Вынужденные электромагнитные колебания - это

1) колебания, возникающие в системе за счет расходования сообщенной этой системе энергии, которая в дальнейшем не пополняется

2) ответ неоднозначен

3) периодические изменения силы тока и других электрических величин в цепи под действием переменной ЭДС от внешнего источника

4) периодические изменения со временем электрических и магнитных величин в электрической цепи

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания

Ответы:

1) (1 б.) Верные ответы: 4;

2) (1 б.) Верные ответы: 1;

3) (1 б.) Верные ответы: 3;

4) (1 б.) Верные ответы: 3;

5) (1 б.) Верные ответы: 2;

6) (1 б.) Верные ответы: 1;

7) (1 б.) Верные ответы: 4;

8) (1 б.) Верные ответы: 1;

9) (1 б.) Верные ответы: 4;

10) (1 б.) Верные ответы: 3.

Физика лейденской банки в «МакГайвере»

В недавнем эпизоде ​​«МакГайвера» Ангус (так его ДЕЙСТВИТЕЛЬНО близкие друзья называют его) строит лейденскую банку из очень простых компонентов. Конечно, здесь есть отличная физика, поэтому я, очевидно, остановлюсь на этом. Полное раскрытие информации - в настоящее время я технический консультант шоу МакГайвера.

Что такое лейденская банка?

Давным-давно люди только начинали разбираться в электричестве - в частности, в изучении электростатики.Изначально лейденская банка использовалась для хранения электрического заряда после зарядки какого-нибудь натертого предмета (например, ваших носков в сушилке). Было два распространенных варианта лейденской банки, позвольте мне проиллюстрировать оба.

Для версии 1 стеклянная чашка окружена двумя металлическими частями. Один кусок металла находится внутри чашки, а другой - снаружи. Однако для версии 2 внутренний металл заменен на воду. Да, вы можете заменить металл водой, если вода является проводником электричества.Большая часть воды проводит электричество, но на всякий случай можно добавить немного соли.

а как работает? На самом деле лейденская банка - это просто конденсатор - вот и все. Самый простой конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин, между которыми ничего нет. Если вы добавите заряд к одной стороне пластин, это потянет противоположный заряд на другую пластину (при условии, что есть путь, по которому заряд может попасть туда). Вот как бы это выглядело.

В этом примере есть заряд + Q на одной пластине (и - Q на другой) с разностью электрических потенциалов ΔV.Отношение заряда (только на одной пластине) к разности потенциалов определяется как такая емкость, что. Емкость измеряется в фарадах.

Однако оказывается, что значение емкости зависит только от физической конфигурации устройства. В данном случае это означает размер пластин, расстояние между ними и материал, который находится между ними. Для конденсатора с параллельными пластинами (как указано выше) емкость можно рассчитать как:

Площадь конденсатора составляет A и d - это расстояние между пластинами.Переменная ε (эпсилон) называется диэлектрической проницаемостью и зависит от типа материала между пластинами.

Хотя лейденская банка имеет другую конфигурацию, в основном она работает одинаково. Наружный металл можно заземлить, просто взяв его рукой или протянув провод к металлической водопроводной трубе. Когда вы подносите заряженный предмет (например, пластиковую ручку, которую вы втираете в волосы) рядом с металлом в середине, это добавит заряд воде и привлечет противоположный заряд к внешнему металлу.Это можно сделать до довольно высокого напряжения, поскольку стекло между водой и металлом действует как изолятор.

Как сделать лейденскую банку?

Думаю, вы можете понять это по тому, как это работает - но все же позвольте мне показать вам, как его сделать. Вот видео, которое я сделал вместе с этим эпизодом MacGyver, который проведет вас через эту сборку.

Позвольте мне отметить, что создание подобных видео - одна из лучших частей работы с сценаристами МакГайвера в качестве технического консультанта шоу.Большинство хаков в MacGyver, по крайней мере, с научной точки зрения правдоподобны, но многие из них вы не должны пробовать дома (например, выпрыгивать из трехэтажного окна с огнетушителем и мешком для тела). У других хаков может быть домашняя версия --- вот что вы получите здесь. В какой-то момент каждый должен поиграть с вещами.

Лейденская банка

Батарея лейденских кувшинов, использовавшаяся Маркони около 1900 года.

Лейденская банка, первый электрический конденсатор, была изобретена в 1745 году. Питер ван Мушенбрук, профессор физики в Лейденском университете и независимо Немецкий священнослужитель Эвальд Георг фон Клейст.Баночка была стеклянная, частично заполненный водой и содержащий латунную проволоку, торчащую через его пробка. Экспериментатор произвел статическое электричество за счет трения, и использовал проволоку, чтобы хранить его внутри банки. Без банки наэлектризованный материал быстро теряет свой заряд в окружающем воздух, особенно если он был влажным.

Van Musschenbroek организовал впечатляющие демонстрации мощность устройства, в ходе которого студент по имени Андреас Куней подвергся сильнейшему шоку.Пережив шок сам он пишет в письме своему французскому коллеге Реомюру: что все королевство Франции не могло заставить его повторить опыт. Французский священник Жан Антуан Нолле, великий популяризатор электрические явления, узнал об экспериментах в Лейдене через это письмо и, не теряя времени, придумывали еще более зрелищные демонстрации. Они кульминацией стал один с участием 700 монахов, объединившихся в кружок в Лейденском университете. банка!

Новости об экспериментах в Лейдене столь же быстро достигли Лондона, где (в том же 1746 году) они привлекли внимание разносторонних Уильям Уотсон, физик, врач и ботаник.Он тоже приступил к повторяя базовые эксперименты Ван Мушенбрука, улучшая лейденскую банку, покрывая ее изнутри и снаружи металлической фольгой. При этом он наблюдал образец электрического разряда, а именно, что участник, подобно Кунею, он был склонен ощущать шок обеими руками и поперек его грудь ». Было высказано предположение, что единый «электрический эфир» или жидкость передается, но никогда не создается и не уничтожается, только от одного тела к другому когда у одного есть избыток, а у другого дефицит электрического эфира.

Имя этого гениального устройства живет сегодня в общество студентов-физиков в нашем университете, которое называется 'Де Leidsche Flesch '. Художественный вид лейденских кувшинов см. В книге «Вдохновение Кэтрин Луны». В своей классической научно-фантастической книге 1875 года «Двадцать тысяч лье под водой» Жюль Верн представил экспедицию подводной охоты, в которой использовались лейденские банки в качестве пуль (так называемые лейденские шары).

Многие научные инструменты, разработанные братьями Питером и Яном ван Мушенбрук Вы можете полюбоваться в нашем музее науки, Museum Boerhaave.

источник: Per F. Dahl, Вспышка катодных лучей (Институт физики, Бристоль, 1997).


Лейденская банка знакомит с эпохой электричества

Leyden Jars, Музей Тейлера, Харлем, Нидерланды
© Ziko van Dijk

11 октября 1745 года немецкий священнослужитель Эвальд Георг фон Клейст (и независимо от него голландский ученый Питер ван Мушенбрук из города Лейден, Нидерланды) изобрел предшественницу современной батареи, Leyden Jar .В принципе, сосуд работал как конденсатор для хранения электроэнергии и использовался для проведения многих ранних экспериментов с электричеством. Его открытие имело фундаментальное значение для изучения электричества. До его изобретения исследователям приходилось прибегать к изолированным проводам больших размеров для хранения заряда. Лейденская банка предоставила гораздо более компактную альтернативу и положила начало тому, что часто называют ранней эрой электричества.

От древних греков до первых машин трения

Еще древние греки знали, что куски янтаря могут притягивать легкие частицы после того, как их натерли.Янтарь электризуется за счет трибоэлектрического эффекта, механического разделения заряда в диэлектрике. Греческое слово, обозначающее янтарь, - ἤλεκτρον (« электрон ») и является источником слова « электричество ». Но этот электростатический эффект можно было установить только временно. Чего не хватало долгое время, так это каких-то средств для хранения электроэнергии с течением времени. В 17 веке Отто фон Герике построил первый механический электростатический генератор, который состоял из серного шара, вращающегося на валу.Когда Герике прижал руку к мячу и быстро повернул вал, возник статический электрический заряд [3]. Этот эксперимент вдохновил на разработку нескольких форм «машин трения», которые очень помогли в изучении электричества.

Дизайн лейденской банки

Эвальд Георг фон Клейст и Лейденская банка

Идея лейденской банки была независимо открыта немецким ученым и юристом Эвальдом Георгом фон Клейстом и голландцем Питером ван Мушенбруком.Их мнение о природе электричества заключалось в том, что они рассматривали его как своего рода жидкость и надеялись разработать сосуд для улавливания этой жидкости [1]. В 1744 году фон Клейст облил стеклянный сосуд серебряной фольгой и заряжал фольгу с помощью машины трения. Он был убежден, что значительный электрический заряд может быть накоплен, когда он получил сильный ток от устройства. Фон Клейст писал в письме:

Когда гвоздь или кусок толстой латунной проволоки вставляют в маленький аптекарский пузырек и наэлектризовывают, следуют замечательные эффекты; но склянка должна быть очень сухой или теплой.Я обычно предварительно натираю его пальцем, на который наношу толченый мел. Если добавить в него немного ртути или несколько капель винного спирта, эксперимент пройдет лучше. Как только этот пузырек и гвоздь вынимаются из электризующего стекла или первичный проводник, к которому он был открыт, вынимается, он выбрасывает такой длинный карандаш пламени, что с этой горящей машиной в моей руке, Я прошел по комнате более шестидесяти шагов. Когда он сильно наэлектризован, я могу отнести его в другую комнату, и там будут огненные духи вина.Если во время возбуждения я приложу палец или кусок золота, который держу в руке, к гвоздю, я получу электрический ток, оглушающий мои руки и плечи ». [2]

Независимые выводы Питера ван Мушенбрука

Независимо от результатов Клейста, голландские ученые Питер ван Мушенбрук и Куней из Лейденского университета также пришли к той же идее [4]. Но, поскольку Мушенбрук общался об этом с французским научным сообществом, разработанное устройство было названо «лейденской банкой» в пользу голландцев.В различных документах также упоминается Андреас Куней (1712-1788) как соавтор и друг Мюссенбрука, в то время как другие ошибочно приравнивают Мушенбрука к Кунею по имени в скобках. Однако в Германии устройство именовалось « Kleistian jar » ( Kleistsche Flasche ).

«Я так много узнал об электричестве, что дошел до точки, когда я ничего не понимаю и не могу ничего объяснить».
- Питер ван Мушенбрук, в письме к Ремюру (20 января 1746 г.), в [5]

Дизайн лейденской банки

Типичная конструкция лейденской банки состоит из стеклянной банки с проводящей металлической фольгой, покрывающей внутреннюю и внешнюю поверхности.Покрытия из фольги не доходят до горловины банки, чтобы предотвратить искрение заряда между фольгами. Стержневой электрод выступает через горловину сосуда, электрически соединенным каким-либо образом (обычно цепочкой) с внутренней фольгой, чтобы позволить ей заряжаться. Банку заряжают электростатическим генератором или другим источником электрического заряда, подключенным к внутреннему электроду, в то время как внешняя фольга заземлена. На внутренней и внешней поверхностях банки хранятся одинаковые, но противоположные заряды.

Окончательная форма лейденской кувшины была создана в 1748 году двумя лондонскими докторами Уильямом Ватсоном и Джоном Бевисом.Они оба отказались от жидкости и покрыли внутреннюю и внешнюю стенки бутылки оловянной фольгой. Гданьский физик Даниэль Гралат Старший впервые соединил несколько лейденских бутылок, чтобы сформировать батарею, и, таким образом, смог усилить эффект, соединив их параллельно.

… а теперь что с ним делать?

Во время публичных демонстраций электричества, которые были популярны в 18-м и до начала 19-го века, был также продемонстрирован « Kleistian shock », в котором из лейденской банки ударилась человеческая цепь, в результате чего испытуемые дергаться.Эти эксперименты оставались популярными даже после того, как нюрнбергский учитель математики Иоганн Габриэль Доппельмайр умер в 1750 году от удара лейденской банки.

В академическом видео-поиске yovisto вы можете узнать больше о лейденской бане и принципах физических конденсаторов из лекции профессора Уолтера Левина из Массачусетского технологического института «Поляризация и диэлектрики».

Ссылки и дополнительная литература:

  • [1] Томас С. Кун, Структура научных революций (Чикаго, Иллинойс: University of Chicago Press, 1996), стр. 17.
  • [2] Дин фон Клейст, в «Мемуарах Данцика», Vol. И., с. 407. Из книги Джозефа Пристли History of Electricity , London, 1775, pp. 83, 84
  • .
  • [3] Отто фон Герике и ужас вакуума, SciHi Blog
  • [4] Питер ван Мушенбрук и Лейденская банка, SciHi Blog
  • [5] AS. Proc. verb., LXV (1746), 6. Цитируется в J. L. Heilbron, Electricity in 17-18 веков: исследование ранней современной физики (1979), 314.
  • [6] Питер ван Мушенбрук, Викиданные
  • [7] Эвальд Георг фон Клейст в Викиданных

Лейденская банка, изобретатели Лейденской банки | Эдубилла.com

Лейденская банка, или лейденская банка, - это устройство, которое «накапливает» статическое электричество между двумя электродами внутри и снаружи стеклянной банки. Это была оригинальная форма конденсатора (первоначально известного как «конденсатор»).

Он был изобретен независимо немецким священнослужителем Эвальдом Георгом фон Клейстом 11 октября 1745 года и голландским ученым Питером ван Мушенбруком из Лейдена (Лейден) в 1745–1746 годах. Изобретение было названо в честь города.

Лейденская банка использовалась для проведения многих ранних экспериментов с электричеством, и ее открытие имело фундаментальное значение для изучения электричества.Раньше для хранения заряда исследователям приходилось прибегать к изолированным проводникам больших размеров. Лейденская банка представляла собой гораздо более компактную альтернативу.

Известным применением лейденской банки был эксперимент Бенджамина Франклина с воздушным змеем, в результате которого возникла фраза «улавливать молнию в бутылке».

Древние греки уже знали, что куски янтаря могут притягивать легкие частицы после того, как их натерли. Янтарь электризуется за счет трибоэлектрического эффекта, механического разделения заряда в диэлектрике.Греческое слово, обозначающее янтарь, - «электрон», и является источником слова «электричество».

Около 1650 года Отто фон Герике построил примитивный электростатический генератор: шар серы, вращающийся на валу. Когда Герике прижал руку к мячу и быстро повернул вал, возник статический электрический заряд. Этот эксперимент вдохновил на разработку нескольких форм «машин трения», которые очень помогли в изучении электричества.

Лейденская банка была обнаружена независимо двумя сторонами: немецким ученым и юристом Эвальдом Георгом фон Клейстом и голландскими учеными Питером ван Мушенбруком и Андреасом Кунеусом.Эти ученые разработали лейденский сосуд, работая над теорией электричества, которая рассматривала электричество как жидкость, и надеялись разработать сосуд, чтобы «улавливать» эту жидкость. В 1744 году фон Клейст облил стеклянный сосуд серебряной фольгой и зарядил фольга с помощью фрикционной машины. Клейст был убежден, что значительный электрический заряд может быть накоплен, когда он получил значительный ток от устройства. «Клейстианская банка» была независимо обнаружена примерно в то же время Питером ван Мушенбруком и его ассистентом Кунеусом из Лейденского университета, которые пытались зарядить кувшин с водой электричеством.Кюрей также получил тяжелое потрясение. Ван Мушенбрук сообщил об эксперименте французскому научному сообществу, и сосуд стал называться лейденским.

Даниэль Гралат был первым, кто подключил несколько банок параллельно, чтобы увеличить общий возможный накопленный заряд. Термин «батарея» был придуман Бенджамином Франклином для этих комбинаций, который сравнил его с батареей пушек (пушки, сгруппированные в Позднее этот термин использовался для сочетания нескольких электрохимических ячеек, в современном значении термина «батарея».К середине XIX века лейденская банка стала достаточно распространенной, и писатели могли предположить, что их читатели знают и понимают ее основную работу.

Примерно на рубеже веков он начал широко использоваться в передатчиках с искровыми разрядниками и в медицинском электротерапевтическом оборудовании. К началу 20-го века улучшенные диэлектрики и необходимость уменьшить их размер, а также нежелательные индуктивность и сопротивление для использования в новой технологии радио привели к тому, что лейденская банка превратилась в современную компактную форму конденсатора.

Leyden jar Facts для детей

Ранняя лейденская банка с водой

Позже более распространенный тип с использованием металлической фольги, 1919

Лейденская банка (или лейденская банка) - это устройство для хранения статического электричества. Это большая стеклянная бутылка, обычно облицованная как изнутри, так и снаружи металлической фольгой. В некоторых из первых была вода. Они позволяют экспериментатору собрать большой заряд.

Они являются первой формой аккумуляторов электроэнергии.Эти методы известны сегодня как «конденсаторы» или «конденсаторы».

Первая электрическая емкость для хранения была создана деканом Эдвальдом фон Клейстом 11 октября 1745 года. Он был деканом собора Каммин в Померании, на северном побережье Германии (в то время это была отдельная страна). Его интересовало, можно ли накапливать статическое электричество в бутылке, потому что он знал, что электричество не может проходить через стекло. Он думал, что сможет захватить и удержать небольшую сумму. У него был только небольшой экспериментальный генератор трения.

Он в тысячи раз недооценил, сколько электричества может вместить маленькая бутылочка с лекарством. Особенность электричества позволяет ему продолжать течь в бутылку при условии, что внешняя часть бутылки имеет электропроводящую поверхность, соединенную с землей. Это нейтрализует давление заряда, которое пытается вытекать обратно.

В случае фон Клейста эта электропроводящая поверхность была всего лишь его рукой, но этого было достаточно, чтобы позволить очень значительному заряду проникнуть и остаться в банке через гвоздь, который он вбил в пробку.

Когда он случайно коснулся гвоздя, он получил такой шок, что перебросил его через всю комнату. Он установил связь между внутренним зарядом и накопленным внешним зарядом, и поскольку это были противоположные знаки (один положительный, а другой отрицательный), весь накопленный заряд протекал через его тело.

Он не понимал, почему эта банка хранилась так эффективно, но он отправил зашифрованное описание некоторым сотрудникам в Берлине, а один экземпляр был отправлен старому университетскому сотруднику фон Кляйна Андреасу Кунеусу, где он оказался в руках Питера ван Мушенбрука. , который был главным профессором физики Лейденского университета.Он пришел к выводу, что емкость хранилища может быть значительно увеличена, только если колбу держать в руке, и в его письме к французскому ученому банку было присвоено название «Лейденская банка».

В течение многих лет лейденская банка была основным инструментом для хранения электроэнергии, и оставалась таковой до изобретения химической батареи и электрических генераторов того типа, который мы используем сегодня.

Образы для детей

  • Батарея из четырех лейденских кувшинов с водой, Museum Boerhaave, Leiden

  • "Рассекаемая" лейденская банка, 1876 г.

  • Обнаружение лейденской банки в лаборатории Мушенбрука.Статическое электричество, создаваемое электростатическим генератором вращающейся стеклянной сферы, передавалось по цепи через подвешенный стержень в воду в стакане, который держал помощник Андреас Кунеус. В воде накопился большой заряд, а в руке Кунея на стекле - противоположный заряд. Когда он коснулся погружающейся в воду проволоки, он получил сильный удар.

Электростатика - Как работает лейденская банка?

Фактически, лейденская банка - это просто конденсатор.Изначально лейденская банка использовалась для хранения электрического заряда после зарядки какого-нибудь натертого предмета (например, ваших носков в сушилке). Самый простой конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин, между которыми ничего нет. Если вы добавите заряд к одной стороне пластин, это потянет противоположный заряд на другую пластину (при условии, что есть путь, по которому заряд может попасть туда).

Вот как бы это выглядело. В этом примере есть заряд + Q на одной пластине (и -Q на другой) с разностью электрических потенциалов ΔV.Отношение заряда (только на одной пластине) к разности потенциалов определяется как такая емкость, что. Емкость измеряется в фарадах.

Однако оказывается, что значение емкости зависит только от физической конфигурации устройства. В данном случае это означает размер пластин, расстояние между ними и материал, который находится между ними. Для конденсатора с параллельными пластинами (как указано выше) емкость можно рассчитать как:

Площадь конденсатора A, а d - расстояние между пластинами.Переменная ε (эпсилон) называется диэлектрической проницаемостью и зависит от типа материала между пластинами.

Несмотря на то, что лейденская банка имеет другую конфигурацию, в основном она работает одинаково. Наружный металл можно заземлить, просто взяв его рукой или протянув провод к металлической водопроводной трубе. Когда вы подносите заряженный предмет (например, пластиковую ручку, которую вы втираете в волосы) рядом с металлом в середине, это добавит заряд воде и привлечет противоположный заряд к внешнему металлу.Это можно сделать до довольно высокого напряжения, поскольку стекло между водой и металлом действует как изолятор.

Возвращаясь к вашему вопросу,

Когда заряженный объект помещается на металлический проводник, торчащий снаружи банки, электричество течет от гвоздя к фольге внутри, в то время как фольга снаружи должным образом изолирована от гвоздя. Внешняя фольга получает заряд от заряженного предмета, которым вы ее касаетесь. Затем этот заряд притягивает противоположный заряд к внутренней фольге.Заряд не проходит через изолятор - электрическое поле «притягивает» заряд к пластине с другой стороны (а эта пластина, в свою очередь, «берет» заряд от всего, что прикреплено, например, от почты в колпачке ...)

leyden_jar

Лейденская банка - одно из первых устройств для хранения электрического заряда, изобретенное в 1745 году Питером ван Мушенбруком (1700–1748). Это был первый конденсатор. Лейденские сосуды использовались для проведения многих ранних экспериментов с электричеством.

Рекомендуемые дополнительные знания

Описание

Типичная конструкция состоит из верхнего электрода, электрически соединенного каким-либо образом (обычно цепочкой) с частью внутренней поверхности стеклянной банки, покрытой металлической фольгой. Снаружи банку оборачивают проводящую фольгу, соответствующую площади внутреннего покрытия. Яс заряжается электростатическим генератором, подключенным к внутреннему электроду, а внешняя пластина заземлена.На внутренней и внешней поверхностях банки хранятся одинаковые, но противоположные заряды.

Первоначально устройство представляло собой стеклянную бутылку, частично наполненную водой, с металлической проволокой, проходящей через пробку, закрывающую ее. Роль внешней пластины обеспечивалась рукой экспериментатора. Вскоре было обнаружено, что лучше покрыть внешнюю поверхность сосуда металлической фольгой (Watson, 1746), оставив (случайно) нечистую воду внутри, действующую как проводник, связанный цепью или проводом с внешним выводом, сферой. чтобы избежать потерь от коронного разряда.Первоначально считалось, что заряд хранился в воде. Бенджамин Франклин исследовал лейденскую банку и пришел к выводу, что заряд хранился в стакане, а не в воде, как предполагали другие. Теперь мы знаем, что заряд фактически накапливается не в проводниках, а только в тонком слое вдоль лицевых поверхностей, которые соприкасаются со стеклом или диэлектриком, возможно, просачиваясь на поверхность диэлектрика, если контакт несовершенный и электрическое поле интенсивное. довольно. Благодаря этому жидкость внутри можно заменить футеровкой из металлической фольги.Ранние экспериментаторы без труда обнаружили, что чем тоньше диэлектрик, чем ближе пластины и чем больше поверхность, тем большее количество заряда может храниться при заданном напряжении.

Дальнейшие разработки в области электростатики показали, что диэлектрический материал не важен, но увеличил накопительную способность (емкость) и предотвратил образование дуги между пластинами. Две пластины, разделенные небольшим расстоянием, также действуют как конденсатор даже в вакууме.

Первоначально емкость измеряли в количестве «банок» заданного размера или по всей площади покрытия, предполагая разумно стандартную толщину и состав стекла.Большая лейденская банка имеет емкость около 1 нФ.

История

Древние греки (и другие) знали, что кусочки янтаря можно натирать, становясь наэлектризованными и притягивая легкие частицы. Это трибоэлектрический эффект, механическое разделение заряда в диэлектрике. Вот почему слово «электричество» произошло от греческого слова ηλεκτρον («электрон», янтарь).

Около 1650 года Отто фон Герике построил грубый генератор трения - серный шар, который вращался на валу с высокой скоростью.Когда Герике прижал руку к мячу и быстро повернул вал, возник статический электрический заряд.

В 1745 году другой немец, Эвальд Юрген Георг фон Клейст, нашел способ хранения этого заряда. Он выложил стеклянную банку серебряной фольгой и зарядил фольгу фрикционной машиной. Клейст был убежден, что можно собрать значительный заряд, когда он получил сильное сотрясение от устройства. Это изобретение впоследствии стало известно как лейденская банка, потому что в 1746 году Питер ван Мушенбрук из Лейденского университета, Нидерланды, независимо сделал такое же открытие.Муссенбрук сделал сосуд для хранения известным научному миру, поэтому сосуд был назван в честь Лейдена, родного города университета. Даниэль Гралат был первым, кто объединил несколько банок параллельно в «батарею», чтобы увеличить общий возможный накопленный заряд. [1] [2] К середине XIX века лейденская банка стала достаточно распространенной, и писатели могли предположить, что их читатели знают и понимают ее основную работу. [3] К началу 20 века улучшенные диэлектрики и необходимость уменьшить их размер для использования в новой технологии радио привели к тому, что лейденская банка превратилась в современную компактную форму конденсатора.

Теория схем

Ученый Джеймс Клерк Максвелл изобрел концепцию тока смещения, d D / dt, чтобы согласовать закон Ампера с сохранением заряда в случаях, когда заряд накапливается, например, в лейденской банке. Он интерпретировал это как реальное движение зарядов даже в вакууме, где он предположил, что это соответствует движению дипольных зарядов в эфире. Хотя от этой интерпретации отказались, поправка Максвелла к закону Ампера остается в силе (изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле).Ток смещения должен быть включен, например, чтобы применить текущий закон Кирхгофа к лейденской банке.

Городская легенда "рассасываемой лейденской банки"

Популярная, но вводящая в заблуждение демонстрация лейденской банки включает в себя ее разборку после того, как она была заряжена, и демонстрацию того, что энергия накапливается в диэлектрике, а не в пластинах. Первый задокументированный случай этой демонстрации содержится в письме Бенджамина Франклина. [4]

Лейденская банка состоит из пластиковой чашки, помещенной между двумя плотно прилегающими металлическими чашками.Когда сосуд заряжают высоким напряжением и осторожно разбирают, обнаруживается, что со всеми частями можно свободно обращаться, не разряжая сосуд. Если детали будут повторно собраны, большая искра все еще может быть получена.

Эта демонстрация показывает, что заряд был перенесен на поверхность диэлектрика, а не на металлические проводники. Когда банка разбирается, простое прикосновение к чашке не дает достаточной площади контакта, чтобы удалить весь заряд. Эту площадь поверхности обычно обеспечивают проводники.

Однако, если не объяснить должным образом, это городская легенда. Такое поведение не типично для конденсаторов и не происходит при более низких напряжениях. В типичном конденсаторе заряд находится на поверхности проводников. Перенос заряда на диэлектрик в вышеупомянутом эксперименте происходит из-за высокого напряжения, присутствующего при отделении проводников от диэлектрика, которое перераспределяет заряд на поверхность диэлектрика посредством коронного разряда на краях пластин, когда они скользят.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *