De Leyden flaske Det er en tynn glassflaske eller kanne, som inneholder et tettsittende metallark på innsiden og en annen like tett metallfilm på utsiden.
Det er den første elektriske enheten i historien som ble brukt til å lagre elektriske ladninger ganske enkelt ved å berøre den, enten ved stangen eller ved det ytre arket, med en stang som tidligere var ladet av friksjon (triboelektrisk effekt) eller ved elektrostatisk induksjon. En spenningskilde som en celle eller et batteri kan også brukes.
Artikkelindeks
Oppfinnelsen av Leyden-flasken er kreditert Pieter van Musschenbroek, professor i fysikk ved Universitetet i Leyden i 1745. Uavhengig og samtidig klarte den tyske oppfinneren Ewald Georg von Kleist også å lagre statisk elektrisitet med lignende flasker, i påvente av nederlandsk.
Musschenbroek hadde hjelp av en advokat ved navn Cunaeus, som han hadde invitert til laboratoriet sitt i Leyden. Denne sagaise karakteren var den første som la merke til at ladningen akkumulerte seg ved å holde flasken med hånden mens han lade stangen eller nålen med den elektrostatiske maskinen..
Etter at professor Musschenbroek overrasket alle med sin oppfinnelse, ble den neste forbedringen av Leyden-flasken, da enheten til slutt ble døpt, laget i 1747 takket være John Bevis, en lege, forsker og sist men ikke minst astronomen som oppdaget krabbe-tåken..
Bevis observerte at hvis du dekket flasken på utsiden med et tynt ark, var det ikke nødvendig å holde den med hånden..
Han innså også at det ikke var nødvendig å fylle den med vann eller alkohol (den originale Musschenbroek-flasken var fylt med væske), og at det bare var nødvendig å dekke flaskeens innvendige vegg med metallfolie i kontakt med stangen som passerte gjennom korken ..
Senere eksperimenter avslørte at mer ladning akkumulerte etter hvert som glasset ble tynnere og den tilstøtende metalloverflaten mer omfattende..
Delene av en Leyden-flaske er vist i figur 1. Glasset fungerer som en isolator eller dielektrikum mellom platene, i tillegg til å tjene for å gi dem den nødvendige støtten. Platene er vanligvis tynn folie av tinn, aluminium eller kobber.
En isolator brukes også til å lage lokket på krukken, for eksempel tørt tre, plast eller glass. Dekselet er gjennomboret av en metallstang som en kjetting henger fra som tjener til å få elektrisk kontakt med den interne platen..
- Glasskrukke, så tynn som mulig
- Metallfolie (aluminium, tinn, kobber, bly, sølv, gull) for å dekke hverandre innsiden og utsiden av flasken.
- Hullet isolasjonsmateriale deksel.
- Metallstang for å gå gjennom det perforerte lokket, og som i den indre enden har en kjede eller kabel som gjør metallisk kontakt med det indre arket på flasken. Den andre enden av stangen ender vanligvis i en kule for å unngå elektriske buer på grunn av akkumulerte ladninger på spissene..
For å forklare akkumuleringen av elektrisk ladning, er det nødvendig å starte med å fastslå forskjellen mellom isolatorer og ledere..
Metaller er ledende fordi elektroner (bærere av elementær negativ ladning) kan bevege seg fritt i dem. Noe som ikke betyr at metallet alltid er ladet, faktisk forblir det nøytralt når antall elektroner er lik antall protoner..
Derimot mangler elektronene i isolatorene den typiske mobiliteten til metaller. Imidlertid, ved friksjon mellom forskjellige isolasjonsmaterialer, kan det skje at elektroner fra overflaten til en av dem passerer til overflaten til den andre..
Når vi går tilbake til Leyden-flasken, er det i forenklet form en metallfolie skilt av en isolator fra en annen ledende folie. Figur 3 viser skjematisk.
Anta at den eksterne platen er jordet, enten ved å holde i hånden eller med en ledning. Når en stang som ble positivt ladet av gnidning nærmer seg, blir stangen som kobles til den indre platen polarisert. Dette fører til en separasjon av ladninger i det hele stang-indre plate.
Elektroner på den ytre platen tiltrekkes av de positive ladningene på den motsatte platen, og flere elektroner når den ytre platen fra bakken.
Når denne forbindelsen brytes, blir platen negativt ladet, og når stangen skilles, blir den indre platen positivt ladet..
Leyden-flasken var den første kjente kondensatoren. En kondensator består av to metallplater adskilt av en isolator, og de er velkjent innen elektrisitet og elektronikk som uunnværlige kretselementer..
Den enkleste kondensatoren består av to flate plater med areal TIL skilt en avstand d mye mindre enn størrelsen på platene.
Kapasiteten C å lagre ladning i en flatkondensator er proporsjonal med området TIL plater, og omvendt proporsjonal med separasjonen d mellom platene. Konstanten av proporsjonaliteten er elektrisk permittivitet ε og de er oppsummert i følgende uttrykk:
C = ε⋅A / d
Kondensatoren dannet av Leyden-flasken kan tilnærmes av to konsentriske sylindriske plater med radier til internt og radio b for inngangspanel og høyde L. Forskjellen i radiene er nettopp tykkelsen på glasset d hva er skillet mellom platene.
Kapasiteten C av en sylindrisk platekondensator er gitt av:
C = ε⋅2πL / ln (b / a)
Som det kan trekkes fra dette uttrykket, jo lenger lengde L er, desto større kapasitet har enheten.
I tilfelle at tykkelsen eller separasjonen d er mye mindre enn radiusen, så kan kapasiteten tilnærmes ved uttrykk for de flate platene som følger:
C ≈ ε⋅2πa L / d = ε⋅p L / d
I ovenstående uttrykk s er omkretsen til den sylindriske platen og L høyden.
Uansett form, maksimal belastning Spørsmål at en kondensator kan akkumulere er proporsjonal med ladespenningen V, være kapasiteten C av kondensatoren konstanten av proporsjonaliteten.
Q = C⋅ V
Med lett tilgjengelige materialer hjemme og litt manuell dyktighet, kan du etterligne professor Musschenbroek og bygge en Leyden-flaske. For dette trenger du:
- 1 glass eller plastkanne, som majones.
- 1 perforert isolasjonsdeksel av plast som en stiv ledning eller kabel vil føres gjennom.
- Rektangulære striper av kjøkkenfolie for å dekke, lim eller klebe på innsiden og utsiden av krukken. Det er viktig at aluminiumsbelegget ikke når kanten av flasken, det kan være litt høyere enn halvparten.
- En fleksibel kabel uten isolasjon som er skjøtet på innsiden av stangen, slik at den kommer i kontakt med aluminiumsfolien som strekker innsiden av flaskeveggen.
- Metallisk kule (går på toppen av lokket for å unngå effekten av pigger).
- Uisolert ledning som skal festes til den ytre aluminiumsfolien.
- Linjal og saks.
- teip.
Merk: En annen versjon som unngår arbeidet med å plassere aluminiumsfolien på innsiden, er å fylle flasken eller glasset med en løsning av vann og salt, som vil fungere som den indre platen..
Dekk flasken innvendig og utvendig med aluminiumsfoliestripene, hvis nødvendig festes de med teipen, og pass på å ikke overskride midten av flasken for mye.
- Gjennomhull forsiktig hetten for å passere den nakne kobbertråden eller kabelen, for å bringe den indre aluminiumsfolien på flasken i kontakt med utsiden, der den ledende kulen skal plasseres rett over hetten.
- Mer uisolert ledning brukes til å binde ytterkappen og lage et slags håndtak. Hele forsamlingen skal se ut som vist i figur 1 og 4.
Når Leyden-flasken er bygget, kan du eksperimentere med den:
Hvis du har en gammel TV eller skjerm med katodestråleskjerm, kan du bruke den til å lade flasken. For å gjøre dette, hold flasken med den ene hånden ved den ytre platen, mens du lukker kabelen som kobles til den indre delen og berører skjermen..
Kabelen som er bundet på utsiden, skal være nær kabelen som kommer fra innsiden av flasken. Legg merke til at det oppstår en gnist som viser at flasken har vært elektrisk ladet..
Hvis du ikke har en passende skjerm, kan du legge Leyden-flasken ved å holde den nær en ullduk som du nettopp har tatt fra tørketrommelen. Et annet alternativ for ladekilden er å ta et stykke plastrør (PVC) som tidligere er pusset for å fjerne fett og lakk. Gni røret med et papirhåndkle til det får tilstrekkelig lading.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.