Cár - elektrofor

1814 nyarán Napóleon győztese, az első orosz császár, Sándor Első meglátogatta a holland várost, Haarlemet. A tisztelt vendég meghívást kapott a helyi akadémiára. Itt, ahogy a történetíró írta: "A nagy villamos gép elsősorban Felségének figyelmét felkeltette." Készült 1784-ben. az autó valóban nagy benyomást tett. Két, egy személy magasságátmérőjű üvegtárcsát négy ember erőfeszítéseivel egy közös tengelyen forognak. Súrlódó elektromos áramot (triboelektromos energiát) tápláltunk az akkori kondenzátorok két Leiden-konzerv akkumulátorának töltésére. Tőlük szikrák meghaladták a fél métert, amiben a császár meg volt győződve.

A közép-európai technológiai csodára való reakciója több mint visszafogott volt. A gyermekkortól kezdve Alekszandr ismerkedett egy még nagyobb géppel, amely többet adott ezeknek a szikráknak. Megtörtént. még korábban, 1777-ben. szülőföldjén, Szentpéterváron, egyszerűbb, biztonságosabb és kevesebb szolgálatot igényelt, mint a hollandok. II. Catherine császárnő unokái jelenlétében a gép segítségével szórakoztatta magát elektromos kísérletekkel a Tsarskoje Selóban. Aztán, mint egy ritka kiállítást, átvitték a szentpétervári Kunstkameraba, majd valamilyen végzéssel elhagyták innen, és nyomai elvesztek.

Alexander-nek megmutatták tegnapelőtt a tegnapi technikát. A súrlódással történő villamosenergia-előállítás elvét nem alkalmazzák több mint 200 éve, míg a háztartási gép alapjául szolgáló elképzelést a világ iskoláinak és egyetemeinek modern laboratóriumaiban is alkalmazzák. Ezt az elvet - az elektrosztatikus indukciót - az orosz akadémikus fedezte fel és írta le először Oroszországban, akinek a nevét kevesen tudják, és ez tisztességtelen. Erről szeretném emlékeztetni a jelenlegi generációt.

Miért volt szüksége egy hatalmas autóra?

A Szentpéterváron egy hatalmas gépen gyártott művek leírása nem található. Köztudott, hogy ugyanabban az évben a Tudományos Akadémia műszeres kamrájában, a Vasilievsky-szigeten elektromos generátorokat gyártottak a zsebgenerátoroktól a családi kör szórakoztatására és önkezelésére, a soros generátorokra pedig a tudósok fizikai laboratóriumai számára. Miért készítettek egy drága szörnyautót? Meg tudom válaszolni erre a kérdésre?

Ez vezetett a kívánt listánkhoz.

1769-ben az olaszországi Brescia városában villám csapott le egy templomra, amelynek pincéiben kb. 100 tonna fegyvert tároltak. A csapást követő robbanás elpusztította a város egy részét és lakosainak ezreit. Tekintettel erre a széles körben ismert esetre, a brit kormány az akadémián dolgozó tudósokhoz fordult, hogy megbízható villámvédelmet ajánlhassanak porkészleteihez. A londoni királyi társaság, amelynek tagjai között volt az amerikai villámhárító-feltaláló, B. Franklin is, villámvédelmi felszerelést javasolt és hajtott végre az angliai Perflit raktáraiban.

És most, a modern tudás segítségével nem lehet 100% -os garanciát adni a szerkezetek villámhárítók (helyesebben villámhurkok) segítségével történő védelmére. És ironikusan 1772-ben. az összes szabálynak megfelelően felszerelt villámrúd nem védte meg a raktárakat a villámcsapástól. „Kicsúszott” a védőcsapról, de gyengén viselkedett, és a raktár nem robbant fel. Ez az eset sok zajt adott, többek között Oroszországban.

Itt, Szentpétervárban 15 éve a Péter és Pál székesegyház harangtornya, amelyet az 1756-os villámcsapás után helyreállítottak. Amikor 1772-ben A harangtorony-torony fő javítása, a helyreállítási építész, A. Dyakov vezetésével, befejeződött, és védelmi javaslattal fordult a helyi akadémiához, „hogy a villám ne okozzon tüköket”. 1773. január 25 Az Akadémia konferenciája utasította Epinus, Kraft és Euler professzorokat, hogy fejezzék ki véleményüket a védelem telepítéséről.A dokumentumok szerint ismert, hogy februárban a VL Kraft fizika professzora az akadémia vezetéséhez fordult azzal a kéréssel, hogy „engedje el az egyik elektromos gépet a Műszerkamrából a fizikai irodába”. Nyilvánvalóan kísérletekhez ..

Nyilvánvaló, hogy a Kraft-nak konkrét adatokat kellett adnia az építőknek: a vezetők anyagáról, átmérőjéről, anyagáról és a légcsatorna magasságáról stb. Ma már ismert, hogy a villámáramok több száz ampert érnek el, és a felhők töltési potenciálja volt volt volt millió millió volt. De akkor nem volt volt vagy amper, csak egy módszer volt a folyamatmodell létrehozására, az adatok beszerzésére és a zivataros folyamatokra történő extrapolálására. Sőt, a kapott adatok pontossága annál nagyobb lesz, minél villamosabb a gép, amely valóban hasonló a valódi zivatarhoz. Egy közönséges gép nem volt jó: nem tudott megolvasztani egy milliméter vastag rézhuzalt. Meg kellett találni a kiutat.

Az orosz tudósok kérelmet küldtek Londonba, de még ott is keveset tudtak a kért problémákról. Bár ők maguk kísérletezték, létrehozva egy több mint 50 méter hosszú és fél méter szélességű “mesterséges felhőt”. A kapott eredmények ellentmondásosak voltak. A trióelektromos gép megközelítette a fináléját. Nagy potenciál elérése érdekében lehetetlen előállítani például öt méter átmérőjű üvegtárcsákat. A balesetben lezajló centrifugális erő biztosan több ezer darabbá fogja őket tenni a kísérletezők számára. Kísérletekhez más nagyfeszültségű áramforrást kellett létrehozni.

Ilyen eset fordult elő 1776-ban, amikor egy villamos generátort fedeztek fel, amely teljesen különbözik a meglévőktől, de még súrlódó gépnél magasabb paraméterekben generált elektromos töltéseket. A tervezés egyszerű volt, ezért szakembereik bocsátották őket a gyártáshoz (1. ábra). A kísérleteket elvégeztük. És 1777 május 8-án. Dyakov építész tájékoztatta a Tudományos Akadémiát a torony villámrúdjának befejezéséről. Most pedig a 122,5 méter magas torony megbízhatóan védett állapotban van. De ha az amerikaiak, a brit és a németek tudják hőseik nevét a villámlás elleni küzdelemben, akkor a tudománytörténeti orosz tankönyvekben olvasható, hogy a VL Kraft „nem mutatott semmi különlegeset”, vagy hogy „a fizika mint ilyen, főleg kísérleti, Kraft egyáltalán nem érdekelt. És ez több mint tisztességes.

Ábra. 1 Nagy Electrophore Kraft

WA know-how felett.

1775. június 10 az A. Volta olasz fizikus bejelentette egy új villamosenergia-forrás feltalálását: "Bemutatom neked egy testet, amely csak egyszer villamosítva soha nem veszíti el elektromos áramát, makacsul fenntartva a cselekvés erősségét." A szerző ezt az eszközt az „elettroforo perpetuo” szavaknak nevezte, amelyeket „örökké áramló villamosnak” lehetne fordítani. Az eszköz egyszerű volt a primitivizmus előtt. Neve a fizikai terminológiában az "elektrofór" szóra redukálódott, de alkalmazásának sikere elsöprő volt. Most, hogy nagy mennyiségű villamos töltést kapjon, nem volt szükség a meglévő elektromos gépek szolgáltatásainak igénybevételére.

Volta nem tartotta magát a készülék egyetlen feltalálójának. Mint minden nagy tudós, megtisztelte elődeinek érdemeit. Íme a szavai: "Epinus és Wilke előre látta ezt az ötletet, és felfedezte a jelenséget, bár nem a kész eszközt gyártották." Milyen várakozás ez? És az Epinus vezetéknév ebben a szövegben található második alkalommal. És ez nem véletlen.

A Rostocki Egyetem professzora, F. Epinus és hallgatója, I. Wilke az elektromos áram felfedezésében olyan jelenség, amelyet ma elektromos indukciónak hívnak. A felfedezés jelentése a következőképpen magyarázható: minden test, amelyet egy elektromos mezőbe helyeznek, elektromosá válik. Később Epinust 1757-től hívják Oroszországba. a Szentpétervár Tudományos Akadémia tagja lesz. Itt élete végéig fog élni, és itt írja életének fő munkáját - "Tapasztalat az elektromosság és a mágnesesség elméletében".Megjelent Szentpétervárban 1759-ben. és nagyon népszerűvé vált a fizikusok körében. Megismertem ezt a munkát és A. Voltat. Különösen felhívta a figyelmet a szentpétervári akadémikus tapasztalatára, amelyet az alábbiakban ismertetünk.

Két A és B üvegüvegre egy fél méter hosszú C fém rudat helyezünk el. Ennek a sávnak a végein két további 1. és 2. tömb kerül elhelyezésre (2. ábra). Ha elviszi (anélkül, hogy megérintette) a reszelt viaszpálcát az első súly oldaláról, akkor ellenőrizheti, hogy miként távolítja el a kis súlyokat, amelyek töltik őket. Az első pozitív, a második a negatív elektromosság. Sőt, egy ilyen művelet anélkül, hogy további viaszpálcákat dörzsölne, annyiszor elvégezhető, amennyit csak akar. A tömítőviasz nem csökkent. Elvileg kész volt a gép a testek elektromos töltésére. A súlyok helyett a rudakra bármilyen elektromos testet fel lehetett helyezni, és azokat elektromos úton elektromosítani lehetett. Miért nem örökmozgás gépet?

Ez volt Volta elektroforjának prototípusa, amelynek mechanizmusát nagyon egyszerű megmagyarázni a kortársaknak. A reszelt tömítőviaszt negatívan töltik fel. Elektromos mezőt hoz létre, amely a fémruda szabad elektronjain hat. Ha negatív töltésük van, akkor azokat újraosztják a rúdban oly módon, hogy felhalmozódjanak a 2 súlyban, és továbbra is hiányosak legyenek az 1 súlyban. A rúd végén potenciális különbség merül fel. Ő szabadon ártalmatlanítható. A Volta zsenialitására volt szükség ahhoz, hogy ezt a jelenséget gyakorlatilag felhasználhassák, sőt, hogy csökkentsék az Epinus telepítésének szegényes kellékeit. A Volta egyáltalán nem használ súlyokat. A viasz behozatala pillanatában egy pillanatra az ujjával megérinti a vasalóval szemben lévő rudak végét. Nyilvánvaló, hogy a felesleges elektronok átfolytak a fizikus testén a „földbe”. Most, amikor a tömítőviaszt eltávolítottuk, kiderült, hogy az egész rudat pozitív villamos energia töltötte. Ezen az elven már lehetővé vált egy elektromos gép kényelmesebb létrehozása, mint a súrlódó gépeknél. De nem csak ez volt az új autó előnye.

Kiderült, hogy egy elektroforgép nem csak töltést képes elérni, hanem elektromos potenciálját többször is megnövelheti. És Volta kihasználta ezt a tulajdonságot, amikor bizonyította az elektromosság azonosítását, galvanikus cellában nyerik és a súrlódás által generált elektromosság, valamint a felhő villámtöltése. Ezeknek a vádaknak kiderült, hogy pontosan azonos természetűek. És ezt elektroforral bizonyították.

Hogyan működött az óriás elektrofor?

Egy ovális, ónfedésű hatalmas "serpenyőt", amelynek területe körülbelül négy négyzetméter (!!!), megtöltötték a gyanta és viasz fagyasztott olvadékával. Az elektrofor lábán feküdt. Rajta, több mint két méter magas állványokon, a blokkokon áthaladott kötelekön egy másik, kissé kisebb korongos serpenyő lógott fel. Az egész gép mérete 3 x 2,5 x 1,5 méter volt. (1. ábra). Bocsáss meg a középkori művész grafikai hibáiról. A síkban háromdimenziós rajzok ábrázolását lehetővé tevő leíró geometria csak 1799-ben jelenik meg.

Kifejezetten egyszerűsítettük a rajzot, hogy megértsük a gép elvét. (3. ábra) Egy pár tárcsaedény, egymástól selyem kötelekkel szigetelve, változó kapacitású légkondenzátor. Emlékezzünk arra, hogy a kondenzátor kapacitása fordítottan arányos a lemezek közötti távolsággal. Minél kisebb a távolság, annál nagyobb a kapacitás és fordítva. A kísérlet kapacitását a felfüggesztett edény felemelésével és leengedésével megváltoztattuk. A töltések eltávolításához B rézgömböt forrasztottak a mozgó tál felső részéhez, az alsó A-hoz.

Az elektrofor munkája az alsó „pán” töltés gerjesztésével kezdődött. Ezt úgy lehet megtenni, hogy a gyantát egy rendes prémes kalapdal dörzsölik. Ezt az eljárást egy időben hajtották végre. Ezután az elektrofor mozgó része a lehető legalacsonyabbra esett, de nem engedte meg az alsó "pánttal" való érintkezést. Ez történik benne.

Tudjuk, hogy a felső tárcsa fémből készül, és a fémek kristályos szerkezetűek. Ezeket a kristályokat pozitív fémion-rácsoknak lehet tekinteni, amelyek sejtjei elektronokkal vannak feltöltve. Ezek az elektronok hasonlíthatók a folyamatosan mozgó gázmolekulákhoz: Ahogy a felső lemez közeledik az alsóhoz, a negatív töltésű elektronok gyantájának negatív tere egyre növekszik. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy a kiugró elektronok a tárcsa felső részébe és a C megforrasztott rézgömbbe diffundálnak. Ennek eredményeként a mozgatható „serpenyő” felső része fölösleges elektronokat vesz fel, amelynek alsó hiánya van. Ennek megfelelően a mozgatható tárcsa felső része és a C gömb negatív töltésű, az alsó pedig pozitív.

Ha a B vagy C vezetőgömb földelve van, akkor az elektronfelesleg a „serpenyő” tetejéről a földre áramlik, tehát semleges lesz, ám az elektronok hiánya az alsó részben megmarad. Elektroforában Volta ujjnyomással hajtotta végre ezt az eljárást, az óriásban, ahol a töltés nagy volt, a kísérletezőn átáramló áramok nagyok voltak, és megsérülhetnek az elektromosan. Ezért a gép tervezői előálltak egy speciális földelő elektródával, amely automatikusan működött. Az edény tetejének leengedésekor a C gömb a legalacsonyabb helyzetben került a földelt D golyóval, amelyen keresztül az elektronok a földbe áramlottak. A felső korong enyhe emelkedésével az érintkező megszakadt, és az elektronok hiánya már az egész lemezen elterjedt. És ennek a töltésnek a lehetősége nőtt a lemez magasságának növekedésével. Ezt a szabályszerűséget először a világtörténelemben észlelték 1759-ben, a szentpétervári akadémikus F. U.T. Epinus.

Általában a hallgatók nem értik azt teljesen, bár senki sem tiltja megismételni Epinus tapasztalatait, és ezt viszonylag könnyű megtenni. Ezt a szabályosságot szimbólumokkal könnyen rögzítheti a képletben, amely az elektrotechnika bármely tankönyvébe tartozik. A hallgatók bizalmatlanságát a kísérlet eredményeinél valószínűleg a változó kapacitású kondenzátor gondolata okozza, mint egy állandó örökmozgás gépet, amely növeli a töltési potenciált. A potenciál növekedése azonban a lemezek elosztásakor végzett mechanikai munkához szükséges energia rovására történik. Végül is az ellenkező töltésekkel megtöltött kondenzátorlemezeket egy bizonyos erővel kell vonni egymáshoz, amelyet meg kell küzdeni.

Természetesen lehetetlen szimulálni a villámcsapódási folyamatot még egy ilyen elektrofor óriás segítségével, ám eddig a fizika nagy töltési potenciálját sikerült elérni van de graaff autókahol a töltéseket mechanikusan továbbítják az óriási vezetőgolyókba.

Nem tudjuk, hogy mekkora a töltés a cár elektroforánál, de egy ismeretlen író írta az archív forrásokban: „Ő (a gép) készen áll arra, hogy megütötte mindenkit, aki megemlíti a labdáját. Tapasztalatból ismert, hogy ez az elektrofor akár egy bikát is megölhet. Szörnyű erő! ”

A szentpétervári óriás alkotói.

Az óriásgép tervezőinek nevét a híres fizikus, Johann Bernoulli szavaiból ismertük, aki 1778-ban látogatott Pétervárba. A Szentpétervári Tudományos Akadémia professzora, Wolfgang Ludwig Kraft (1743-1814) és ugyanazon akadémia szerelője, orosz kézműves I. P. Kulibin (1735-1818). Az elektromosságról szóló modern könyv egyikében a következő olvasható: "Az indukciós gépek műszaki terveiben még a kifinomult szemnek sem könnyű megismerni egyszerű alapelveiket." A csodálatos ember Kulibin volt. Egyszer önállóan megtanulta, hogy a távcsöveket ne rosszabbá tegye, mint az angol, és személyesen csiszolta meg a lencséket. Ugyanez volt a helyzet az elektroforral is, amelynek lényege még sok mérnök számára is érthetetlen. Tehát egy hatalmas elektrofór felépítésének megtiszteltetés teljesen honfitársainké.

Az etnikai német V.L.Kraft nem tekinthető külföldinek.Szentpétervárban született és halt meg, és a fizika történetében az orosz verzióban található a neve - Login Yuryevich. Nem az ő hibája, hogy nem engedték meg, hogy fizika területén dolgozzon. II. Catherine sok unokájának tanítójaként azonosította őt, köztük I. Sándor és I. Miklós jövőbeli császárokkal.

II. Catherine szintén megszakította tudományos karrierjét a szentpétervári akadémikus, az elektromos indukció felfedezője, F. E.T. Epinus (1724-1802), az egyik legígéretesebb szakember az akkori villamos energia területén. Kötelezetten vissza kellett dekódolni a szentpétervári külföldiek elfogott diplomáciai leveleit a császárnéért. De nem kétséges, hogy tanácsadóként vett részt egy hatalmas gép létrehozásában. A diplomáciai disztribúciók dekódolása során a túlterhelések annyira nagyok voltak, hogy súlyosan megbetegedett egy mentális betegséggel, és élete végén nem tudott tudományos tevékenységet végezni.

Ennek az autónak a sorsa ismeretlen. Valaki parancsára kivették a Kunstkamerából. És lehet, hogy nem ok nélkül. Féltek tőle, és ezért. Megállapítást nyert, hogy az elektroforák előzetes töltés nélkül működhetnek. Az óriás elektrofor számára elegendő szellő volt az alsó edény fölött. aztán magas, halálos lehetőségeket szerezhet a tetején.

Miért írta ezt a cikket?

A fentiek mindegyikének meg kell mutatnia az olvasónak, hogy nagyon könnyű megszerezni az elektromos potenciált még otthon is. A modern Kulibins agya megtalálni gyakorlati alkalmazásuk lehetőségeit. A statikus elektromosság felhasználásának lehetőségei valószínűleg a mindennapi életben is léteznek. Csak a feltalálók iránti érdeklődésre van szükség. És itt van két példa erre.

A múlt század 40-es éveiben, a szovjet fizikusok pátriárka A. F. Ioffe elektrosztatikus generátort fejlesztett ki egy röntgengép táplálására. A generátor egyszerű és megbízható. Aztán arra jött az ötlet, hogy az ország egész villamosenergia-iparát átadja az elektrosztatikának. Ezután feleslegessé válnak a transzformátorok és az egyenirányítók az átviteli vezetékekhez. Az egyenáramú átvitel a leggazdaságosabb, annál inkább eltűnik az átalakítás során bekövetkező veszteség. Sajnos egy nagy villamosenergia-ipar számára egy ilyen rendszer lehetetlen a generátorok gyakorlati gyártásához. De vannak alacsony fogyasztású fogyasztók is, különösen mivel a statikus generátorok nem hoznak létre mágneses tereket és nagyon könnyűek.

Ismert, hogy 1748-ban. a nagy amerikai B. Franklin statikus energiájú motort használt gyakorlati célokra - egy pulyka nyársat megpörgette. Az ilyen motorokat most elfelejtik, bár nem vannak tekercsek, elektromos acél és réz. Ez azt jelenti, hogy nagyon megbízhatóak lehetnek a működésben. Az ilyen motorok nagyon ígéretesek az űrhasználathoz. Ezenkívül a polimer kémia fejlődése új dielektromos anyagokat ígér nekünk.

Tehát gondolkodhat ebben az irányban.