Что такое лейденская банка

Электрический шок в душе

Шампунь может произвести массивный статический удар, это обычно случается в момент, когда бутылка открывается влажными руками в душе. Исследование обнаружило, что заполненная бутылка шампуня ведет себя подобно самозаряжающейся «Лейденской банке». Данная статья описывает физику и решения серьезной проблемы касающейся потребителя.

Введение

В далеком 1978 , опытная косметическо-фармацевтическая компания столкнулась с проблемой связанной с выпуском на потребительский рынок нового шампуня. трудности были обнаружены в ходе ограниченных испытаний на отдельных рынках северо- центральных и юго-западных регионах Соединенных Штатов. Новые шампунь и кондиционер имели художественно оформленные бутылочки со специальной графикой снаружи.

Национальная компания была начата и отличающиеся бутылочки стали узнаваемыми. Все большее число отзывов поступало от пользователей, в которых говорилось о том, что при открытии бутылочки с шампунем они получали статический удар, просто стоя под душем. Удары были достаточно серьезными, их силы хватало, чтобы выбить бутылочку с шампунем из рук. К счастью, ни о каких инцидентах с падениями людей не сообщалось.

Назначенный инженер–проектировщик просил оказать помощь в определении причины возникновения данной проблемы и порекомендовать способы ее решения, если таковые имеются. Запасы, превышающие 100 000 бутылок, представляли собой крупные инвестиции. Компания была заинтересована в попытке сохранить партию, если это вообще возможно.

Научное расследование

Несколько бутылок «подозреваемого» шампуня были предоставлены заводом-изготовителем для исследования. При первом открытии бутылки отмечалось наличие разряда на расстоянии примерно 1,5 дюйма от шампуня к металлизированной защитной пленке на крышке.

Несмотря на то, что на основе отчетов производителя ожидалась разрядка, это все равно было неожиданностью. Осторожное закрытие крышки, а затем еще одно извлечение шампуня из бутылки не привело к разрядке.

После встряхивания бутылки и повторного снятия крышки наблюдался еще один разряд примерно такой же интенсивности.

Если разряженные бутылки оставляли стоять на несколько минут, разряды могли происходить снова. Казалось, бутылки с шампунем могли бесконечно обеспечивать разряд, хотя интенсивность действительно снижалась в течение нескольких дней даже с повторными зарядами.

Первоначальное исследование было сосредоточено на составах шампуня и упаковки. Было обнаружено, что шампунь был чрезвычайно проводящим с сопротивлением менее 0,01 Ом–см. На этикетку бутылочки была нанесена металлизированная краска для придания ей отличительных особенностей.

Непосредственно перед нанесением металлических чернил полипропиленовые бутылки получали массивную коронную обработку (для изменения энергии поверхности пластика позволяют адгезию металлических чернил). Таким образом, бутылки имели большой заряд, прикрепленный к внешней поверхности полимерной бутылки под металлическим покрытием.

Первоначально считалось, что была сформирована «рекламная кампания», которая вызвала проблемы, но в процессе подготовки настоящего документа технический обозреватель сообщил, что избирательная кампания не является виновником.

Электрет — это поглощенный заряд, который появляется в пластмассах и других изоляционных материалах во время процесса формования.

Электрет обычно образует двухполярный заряд, который не излучает большого количества электрического поля, так как есть положительные и отрицательные виды в очень непосредственной близости друг от друга. При нормальных расстояниях измерения, как и при обычном измерении поля, материал показывает «нейтральность».

В случае бутылок шампуня, обработка коронным разрядом приложила очень интенсивный отрицательный заряд к бутылкам и большой отрицательный заряд был захвачен на внешней поверхностью бутылки.

Внешний вид бутылок не показал никакого электростатического напряжения, кроме как возле горлышка бутылки, где отсутствовали металлические чернила. Зонд напряжения, вставленный в внутреннюю часть бутылок, показал очень высокие значения — превышающие пределы прибора (>10кВ).

Ионизированный воздух из атомного встроенного ионизирующего сопла не оказал никакого влияния на постоянный заряд на внутренней части бутылки. Когда шампунь помещался в бутылку наполненную сначала ионизированным воздухом, после заполнения бутылки искровые разряды наблюдались в течение нескольких минут, а затем надевали колпачок.

Время выполнения этих действий имело значение для дальнейших исследований.

Развитие гипотез

После прочтения нескольких основательно старых документов и книг, было решено, что бутылка шампуня действует как «Лейденская банка», которая была одним из ранних устройств для хранения электричества.

Лейденские банки при правильной конструкции могут хранить электрическую энергию в течение длительных периодов времени. Лейденская банка состоит из изоляционного контейнера с токопроводящим (металлическим) материалом, применяемым снаружи. «Банка» заполнена токопроводящей жидкостью (например, водой), или покрывается металлической пленкой. Металлический слой на внешней стороне прикреплен к земле.

Когда заряженный источник прикасается к металлическому стержню, часть заряда переносится на слой жидкости или металла, если металлический стержень находится в контакте. В зависимости от размера контейнера (емкости) «баночка Лейдена» при сближении ее с другим проводящим объектом, должен произойти искровый разряд. Большая и правильно построенная «Лейденскую банку» может держать несколько кулонов электрического заряда, в результате чего возникают очень большие разряды.

«Лейденская банка» была первой формой конденсатора задолго до того, как был разработан настоящий конденсатор.

Исследуемая бутылка шампуня, заполненная очень проводящим шампунем, имела некоторые из основных компонентов типичной «Лейденской банки», за исключением металлического стержня, простирающегося внутрь. Первоначально предполагалось, что передача заряда шампуню может происходить двумя способами: индукцией и прямым потоком заряда из пластиковой бутылки в шампунь.

В то время, только индукционная теория, казалось, не подходит, так как внешний вид бутылки (металлическое покрытие) часто изолировали от земли. Для работы в качестве «Лейденская банка» внешний металлический слой банки должен быть соединен с землей, чтобы зарядить внутреннюю жидкость.

Кроме того, из–за того, что не было внешнего контакта с жидкостью, индукция имела большое значение.

Прямой перенос заряда от пластиковой бутылки к шампуню не казался вполне вероятным, так как фактический заряд находился на внешней поверхности изолирующей бутылки, под металлическим покрытием, и в основном застрял на внешней поверхности полимера. Поскольку две первоначальные теории, казалось, не вполне соответствуют наблюдаемому явлению (хотя оба механизма присутствовали), необходимо было провести дальнейшее исследование.

На момент исследования производитель был больше заинтересован в решении непосредственных проблем, чем в научном объяснении произошедшего. Экспериментально было обнаружено, что заряд на бутылках может быть снят постоянно путем замачивания бутылок в заземленном металлическом контейнере, заполненном соленой водой (1% NaCI). После 24 часов в соленой воде, бутылки могут быть промыты, высушены и заполнены шампунем и проблема разрядки исключена.

Хотя данное решение было громоздким, это был единственный метод, который надежно устранял проблему. Большой бак был установлен на заводе, и заполнен соленой водой. Примерно 10 000 бутылок за раз можно было замочить в баке, но каждая бутылка должна была быть погружена, чтобы обеспечить полное заполнение. Для этого требовалась бригада из десяти человек и около 3 недель времени, чтобы завершить процесс.

Было бы дешевле выбросить бутылки, но это было неприемлемо для производителя.

Уточнение теорий

В результате наблюдения было установлено, что заряд был достаточно подвижным, чтобы вытекать из бутылок в соленую воду и рассеиваться на землю, и по крайней мере часть теории о миграции заряда имела смысл. Бутылка, содержащая шампунь, была чем–то вроде конденсатора, с металлическими чернилами снаружи, образующими одну пластину, и шампунем внутри который по сути являлся второй пластиной.

Однако, разница в конструкции конденсатора заключается в заряде на наружной поверхности диэлектрической среды, разделяющей пластины. Поскольку бутылка содержала относительно постоянные и большие моно–полярных заряды, это могло привести к индукции к шампуню внутри бутылки.

Когда бутылка находилась в покое, индукция позволила бы слою шампуня возле стенки бутылки накапливать избыточный положительный заряд, чтобы сбалансировать отрицательный заряд на стенке бутылки. Шампунь возле горлышка (не под металлическим покрытием) будет иметь равный и компенсирующий отрицательный заряд.

Когда человек берет в руки бутылку, образуетмя емкостная связь с металлическим слоем и усиливается разделение зарядов между слоями конденсатора. При снятии крышки возникает большая разница внутренноего и внешнего потенциалов и требуется выравнивание, при этом искровый разряд, как правило, с крышки на палец замыкает цепь с разрядным зазором около 1,5 дюйма или более.

Выводы

В действительности, обе рассмотренные теории, участвуют в этом необычном примере. В игру вступают принципы индукции, а также миграции зарядов. Из–за уникальной структуры заполненной бутылки шампуня, она считалась одним из видов конденсатора с автономным питанием.

Механизм зарядки первоначально располагался в заряде снаружи полимерной бутылки под металлической этикеткой. Индукция заряда шампуня позволила зарядить разделение внутри шампуня.

Кроме того, с течением времени произошло некоторое прямое перемещение зарядов, что свидетельствует о том, что источник питания (заряженная внешняя поверхность) медленно саморазряжался через стенку бутылки.

Производитель изменил дизайн этикеток бутылок, чтобы избежать обработки коронным зарядом. Был нанесен металлический лейбл, который имел ту же графику, поэтому не было необходимости начинать новую кампанию по распознаванию логотипа или бренда. Весь имеющийся запас печатных бутылок использовался после замачивания в соленой воде, поэтому уменьшилась потребность в заземленном наполнении бутылок на складе, так как они не могли быть переработаны из-за металлических чернил.

В данной статье показано, что при проектировании изделия легко совершить большую ошибку, если не учитывать электростатические и электрические принципы. Инженер по упаковке и графический дизайнер понятия не имел, что отличительный дизайн, выбранный для специального шампуня, может привести к такой серьезной проблеме для их компании. Стоит отметить, что продукт все еще продается сегодня, но в бутылке, которая не дает вам «шока в душе».

Источник: http://masters.donntu.org/2017/feht/lymar/library/article10.htm

История появления конденсатора и возникновения названия

Статьи История появления конденсатора

Сейчас многие электрические устройства подразумевают использование конденсаторов разных типов. Они применяются в усилительных, преобразующих и передающих цепях, преобразователях напряжения, в цифровой электронике. Эти приборы выступают залогом нормального функционирования техники, её безопасности для человека. В этой статье рассмотрим, кем и когда были изобретены первые из них, откуда пошло название и что оно означает.

Как появился этот элемент?

В науке есть три версии создания конденсаторов. Они гласят, что он был открыт случайно.

• Первый вариант. Первопроходцем считают голландского ученого Питера ван Мушенбрука. В 1745 году экспериментатор проводил опыт с электрической машиной. По неосторожности он поместил в банку с водой один из электродов. По окончанию работы, он дотронулся до него и получил сильный разряд, после которого потерял сознание и два дня приходил в себя. После чего сообщил французскому научному обществу о наблюдаемом явлении.
• Второй вариант. По другому предположению, голландский ученый изначально пытался зарядить воду в стеклянном сосуде. Поскольку, как и иные представители науки, предполагал, что электричество присутствует во всех живых организмах и предметах в виде жидкости. Он намеренно опустил электрод в банку, а потом взял её в руки и ощутил сильный удар током. Местом проведения опыта был город Лейден, от которого прибор и получил первое название – Лейденская банка – его дал Жан-Антуан Ноле, позже занимавшийся продажей таких изделий.
• Третий вариант. Считается, что в то же время Эвальд Юген фон Клейст – настоятель собора в Померании в Германии, осуществил сходный эксперимент, желая предать полезный заряд святой воде. В своем исследовании он использовал электрическую машину, а вместо электрода у него был гвоздь. После прикосновения к нему ученый ощутил удар. Испытатель поделился своим открытием с немецким научным обществом.

Позже проводилось много опытов по дальнейшему совершенствованию и изучению Лейденских банок. Так из них убрали воду и покрыли металлом для сохранения заряда. Одно время считалось, что электричество накапливается в стекле. Но позже было выяснено, что это не так, и его носителем являются металлические пластины, а стеклянная поверхность выступает в роли диэлектрика.

Конденсатор – возникновение названия, его значение

Первым это обозначение ввел Александро Вольта в 1792 г., которое происходило от итальянского «condensatore». Указывало на возможность устройства сохранять большую плотность электрического заряда, чем изолированный проводник. Но оно не использовалось вплоть до 1920-х годов. Приборы в то время называли «конденсорами», хотя значение до сих пор используется в нескольких странах.

Слово «ёмкость», применяющееся для обозначения номинала конденсаторов, считается данью прошлому, поскольку изначально элемент являлся банкой, обладающей некоторым объемом. А как известно из курса современно физики, чем больше площадь, тем выше хранимый заряд.

Источник: http://norma-l.ru/stati/state-istoriya_sozdaniya_kondensatora.html

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.

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 банкаимеет 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 банкасчитается 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:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/leidenskaia-banka/

Лейденская банка

Лейденская банка – прибор, запасающий электрический заряд.

Математическое выражение емкости

Находятся люди, ненавидящие исторические экскурсы, веселые анекдоты, приведенные ниже, подробное изложение. Посещают интернет, выуживая формулу электроемкости лейденской банки, хотят немедленно видеть. Пожалуйста:

C = q/U, q – накапливаемый лейденской банкой заряд, U – разница потенциалов между выводами. Иное выражение позволяет выразить электроемкость конденсатора площадью обкладок, расстоянием меж ними:

электроемкость конденсатора повышается ростом площади, уменьшением зазора. ε – диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками, ε(0) – электрическая постоянная, равная 8,85 пФ/м.

По указанным причинам наибольшей электроемкостью обладают электролитические конденсаторы оксидного типа. Обкладки расположены впритык.

Двигатель прогресса

Большинство великих изобретателей увлекались историей естествознания. Тесла заинтересовался электричеством, когда увидел искры с шерсти обыкновенного кота. В давние времена далеко не каждый имел образование. Георг Ом имел несчастье родиться в бедной семье, облагодетельствованный отцом, читал книги по математики, получил наставника. Задача, которая в 20-е годы XIX многим показалась непосильной, решена с получением закона Ома для участка цепи.

Банка

После Второй мировой страны добились невероятного развития. Россия, к сожалению, в число не входит. Несомненный успех найден, где ранее ученые умы закладывали фундамент. Достаточно посмотреть ВВП сверхдержав:

1. Первое место взяло США. Дикая земля с завидным постоянством служила пристанищем ученых. Промышленники постоянно думали, как заработать. Эдисон известен, побежден Николой Тесла, обманутым воротилой чуть раньше. Большая часть бытовой техники запатентована, придумана США. Миксеры, блендеры, кофеварки. Карол Поллак на конденсатор взял патент США.
2. КНР занимает почетное второе место. Аналитики предрекают сверхдержаве большое будущее. Другим – не нравится Китай, постоянно копирующий чужую технику. Иосиф Сталин занимался выпуском автомобилей СССР, избегая оплачивать копейки по патентам иностранных фирм. По производству конденсаторов Китай наверняка догнал тройку лидеров.
3. Третье место занимает Япония, ставка сделана на политику Большого рывка. До Второй мировой войны феодальная держава, последующие сорок пять лет Страна восходящего солнца последовательно занималась инновациями в наукоемкие отрасли. Изобретения пришли с островов, в силу недостаточности межнационального общения лишены должной мировой известности.
4. Четвертое, пятое, шестое места занимают Германия, Великобритания, Франция. Непрерывно ссорящиеся в прошлом державы переняли манеру ученых кругов, постоянно обменивающихся опытом, идеями. Предпринимались продолжительные поездки (вспомнив Дэви и Фарадея). Начало электролитических конденсаторов заложено Германией, первенство оспаривается Нидерландами (18 место).

Вывод напрашивается: научное достояние важнее сиюминутной выгоды. Достаточно придумать новый конденсатор, придумать способы использования, взять патент, немедленно начнете зарабатывать. Господь благословил Америку, утверждают жители США неофициальным гимном. Стоял позади, выступал щитом, как обещано Ветхим Заветом. Изобретатели волей провидения приносили прибыль.

Отбрасывая слухи, первым изобретателем лейденской банки, считается Эвальд фон Клейст. Явление накопления заряда обнаружили на примере бутылки из-под вина. Фон Клейст опустил в ртуть провод электростатического генератора, придерживая конденсатор. После разрыва с источником оказалось: торчащий кончик бьется током. Гораздо сильнее электростатической машины. Эффект оценивался нервной системой естествоиспытателя.

Сделан правильный вывод: заряд удаётся запасать электроемкостью, механизм остался тайной. Предполагалось, что дело в стекле (Бенджамин Франклин). Накапливает заряд. Реально провод с ртутью служили одной обкладкой образованного конденсатора.

Отсутствовали инструменты оценить электроемкость прибора.

На момент середины XVIII века существовал электроскоп, говорилось: заряд присутствует, доводилось делать предположение о знаке (фон Герике обнаружил: наэлектризованный шарик, притянутый человеческим носом, после соприкосновения начинает отталкиваться).

Оказалось, алкоголь проводит электрический ток. Вставив в пробку железный гвоздь, запечатав, фон Клейст наслаждался ударами запасенного тока от электроемкости конденсатора. Постепенно конструкция стала больше напоминать нынешнюю. В колбу термометра опускался провод со свинцовым шаром на конце. Емкость заполнялась водой. Отсутствовала важная деталь – вторая обкладка. Электричество могло храниться несколько часов, вызывать на демонстрациях легкие всполохи, окружающих впечатляло.

Об электрическом токе не было известно ровным счетом ничего, могло помочь проверить наличие заряда щадящими методами. Фон Клейст касался контакта пальцем, когда уставал терпеть, брал рукой кусочек золотой пластинки. Описываемые события заканчиваются октябрем 1745 года, месяцем спустя фон Клейст докладывает о своих достижениях двум другим ученым:

1. В Берлин доктору Либеркуну.
2. В Галле доктору Крюгеру.

Доказывая окружающим состоятельность работ, фон Клейст заставлял «целоваться» с конденсатором, утверждая: редкий мазохист захочет продолжения вечеринки. От излишнего усердия терщика колбы иногда разбивались. Войска конденсаторов несли потери, Бенджамин Франклин ввел термин батарея.

Настолько сильным оказался шок заряда, запасенного электростатическим генератором! Фон Клейст временами втихомолку удивлялся, если конденсатор рукой не придерживать, разряд отсутствует: отсутствовало понятие электрической цепи.

Предметы отказывались электризоваться контактом, фон Клейст решил: человеческое тело определенно относится к работе конденсатора.

Мушенбрук

Следует напомнить: закон об охоте за ведьмами недавно отменен, Бенджамин Франклин мог спокойно охотиться за молниями воздушным змеем, эстафету немецкого ученого перенял некто Питер ван Мушенбрук. Исторические источники говорят: муж науки изобрел лейденскую банку (конденсатор) совершенно независимо от фон Клейста. Видимо, мысль заполняла эфир, человек просто подхватил, как иные подхватывают простуду. Результат был более впечатляющим, нежели выздоровление.

В Лейденском Университете поныне опыты фон Клейста замалчивают. Лавры отданы Мушенбруку, дата открытия конденсатора с задокументированной демонстрации января 1746 года переносится на таинственный день 1745. Передавая честь изобретения, Мушенбрук таинственно молчал, уподобляясь рыбе

Ученый Питер ван Мушенбрук

В начале 1746 года уведомлен Рене Антуан Реомюр. Нельзя сказать, чтобы деятель науки занимал видный пост, но 40 лет освещал присутствием круги, мог оценить значимость изобретения конденсатора. Главное, Реомюр знал лично священника, члена Академии наук (Франции) Жана-Антуана Нолле, большого энтузиаста, весельчака.

Предполагают, последний хотел измерить на монахах, руководствуясь лейденской банкой скорость движения электрического тока. Задуманное провалилось: 700 человек заорали одновременно. Мгновенно уверовали в науку, существование электроемкости конденсатора. 180 королевских мушкетеров не смогли ответить железной стойкостью, подвергнувшись экзекуции – уверовал Людовик XV.

Кадры решают все – в отличие от фон Клейста, ван Мушенбрука Нолле нашел немедленное признание, конденсатор обрел известность.

Однако! Ван Мушенбруку повезло больше предшественника. Многие утверждают: первый удар током получил студент на январской демонстрации, сама постановка вопроса намекает: ученый знал последствия разряда электроемкости конденсатора, хитро улыбаясь, наблюдал учащихся. Иные источники говорят: открытие было сделано ранее.

В лаборатории Мушенбрук пытался получить искры, заручившись помощью дула ружья: видимо, быстро понял, как обращаться со стеклянным шаром статического электрогенератора, чтобы остаться в живых.

Получилось волей случая, на столе покоилась банка, заполненная водой, к стволу зачем-то привязан медный провод, опускаемый внутрь сосуда.

Искра почему-то отсутствовала. Мушенбрук, задумавшись, одной рукой опер стол, коснувшись банки, другой взялся за ствол, закоротив цепь разряда электроемкости конденсатора. Мгновенно понял истинное предназначение – недаром говорят: незаряженное ружье раз в жизни стреляет.

Нужно было стать фокусником или факиром! Шутка ли, сотворить с обычным охотничьим ружьем. Отдача вышла весьма сильная, ощущение – будто попала молния. Ученый пришел к открытию. Сумел обнаружить: цепь легко замыкалась через металлическую столешницу. Объяснить явление не смог.

Конструкция лейденской банки

Лейденская банка стала напоминать закрутки. Заменили винную бутылку. Поверх плотно накручивали металлическую крышку, входящую в электрод. Банки стали объединять батареями (показано рисунком), ставили в ящик. Мушенбрук заметил: без присмотра прибор быстро теряет заряд.

Лейденские банки Маркони

Лейденские банки использовала техника по простой причине. Давали сильный сигнал, позволяющий функционировать телеграфу. Зарядить прибор можно было вручную, неплохая альтернатива. Определение покажется странным, раньше приборами телеграфной связи оборудовали корабли. Моряки избегают шуток. Представленное изображение демонстрирует продукцию фирмы Маркони, оборудование стояло на затонувшем Титанике.

После лейденской банки

Устройства использовались свыше полутораста лет с большим успехом. При помощи лейденской банки построен первый колебательный контур. Поскольку везде использовался постоянный ток, потребности изобретать не было. Довольствовались гальваническими элементами, лейденскими банками. Позже появились аккумуляторы, разновидность электрохимического источника тока.

Забавно, серьезные предпосылки появления первых конденсаторов в сегодняшнем виде создал опять-таки Никола Тесла. Много написано о сербе, не перечесть заслуг. Ученый начал для моделирования устройств использовать колебательные цепи. Знаменитая башня Вондерклифф – резонансный электрический контур впечатляющих размеров.

В конце XIX века стали появляться на свет конденсаторы различного толка.

Источник: https://vashtehnik.ru/enciklopediya/lejdenskaya-banka.html

Старинные фокусы с электричеством

10 Апр 2019

Электричество изначально использовалось только в качестве развлечения. Новое физическое явление забавляло толпу не хуже цирковых фокусов. Многие из первых физиков в данной области пытались таким образом заработать деньги для вложения в свои новые эксперименты. Уже с 1800-х годов было понятно, насколько опасным может быть электрический разряд.

Огромное количество экспериментаторов погибло, положив свои жизни на алтарь науки. Однако эти опыты оставляли неизгладимое впечатление на современников, которые и описывали эти «чудеса». Многие явления были изобретены случайным образом, методом многочисленных проб и ошибок.

Сейчас то, что мы воспринимаем в качестве ежедневных вещей, ранее воспринималось исключительно в рамках чуда.

Опыты Тесла

Знаменитый американский физик сербского происхождения очень любил публичное признание, поэтому по всей территории США у него действовало несколько демонстрационных лабораторий с небольшим зрительным залом, где все желающие за умеренную плату могли наблюдать за управляемыми молниями. Плазменные шары, широко используемые в качестве лампы ночного света в современном мире, были доведены им до невероятных размеров.

Молнии могли достигать 10-20 метров в длину, при этом они были совершенно безопасны для зрителей. Многие люди выходили из зала с таким сильным впечатлением, что они не могли разговаривать по нескольку часов к ряду от пережитого шока. Многие из его изобретений обязательно проходили через публичную демонстрацию, а некоторые из них до сих пор никто не может повторить.

В частности, по утверждениям современников, он неоднократно демонстрировал передачу электроэнергии на расстоянии.

Металлические лягушки и ожившие мертвецы

Гальванизация была открыта итальянским физиком Гальвани. Он исследовал рефлексивные движения лягушек под воздействием электрического тока. Для ускорения эффекта в раствор, куда помещалось тело препарированного земноводного, добавлялась поваренная соль.

Однажды он решил ради нового эксперимента добавлять медный купорос, в результате чего тела стали покрываться устойчивым слоем меди. Он превратил это в варварское по современным меркам развлечение, где каждый мог сделать медную «статуэтку» практически из любого предмета. Местные жители несли к нему цветы, насекомых, грибы.

Всё это превращалось в качественные сувениры. К слову, данные методы используются до сих пор.

Уже его племянник «оживлял» тела в медицинской лаборатории под ужас толпы. Он подключал источник постоянного тока к мертвым людям, завещавшим свои тела для медицины, после чего начиналась обычная мышечная рефлексия. Лучше не комментировать это, но всё было в духе времени.

Лейден – город развлечений

Когда была изобретена знаменитая Лейденская банка, то многие физики устремились бить током всех, кому не лень. Люди воспринимали за развлечение вставшие дыбом волосы или покалывания с одёргиванием руки от источника тока. Особенно интересно было то, что все охотно принимали в этом участие. Лейденская банка является мощнейшим конденсатором. Сначала её заряжали от динамо машины, а потом волонтёры могли взяться за руки.

Под восторженные крики толпы они получали разряд током, причём ощущали его все участники человеческой цепи, судорожно дёргаясь. Эксперименты продолжались до тех пор, пока не стали случаться смертельные исходы. Уже в современном мире мы можем полагать, что эти люди имели определенные проблемы с сердечной мышцей.

Также причиной печальных последствий могли стать различные проводимости тела, зависящие от солевого состава каждого организма.

Что говорят апокрифические теории

Существует твердое убеждение, что первые батарейки использовались ещё в древней Месопотамии для гальванизации тел перед погребением, а позже эти технологии были переняты древним Египтом. Косвенным подтверждением этому является так называемая Багдадская батарейка, которая раньше явно служила чем-то вроде современного автомобильного аккумулятора. Естественно, что всё это было изобретено опытным путём. То, что эти все явления имели реальное обоснование на формулах, утверждать нельзя.

Источник: https://shop.p-el.ru/blog/put-elektrichestva-ot-nachala-v-beskonechnost/starinnye-fokusy-s-elektrichestvom/

контур

В 1826 году физик Феликс Савар делал опыты с намагничиванием стальных швейных иголок при электрических разрядах. Но иголки почему-то вели себя странно, проявляя непонятное непостоянство.
Предшественники Савара много раз производили подобные опыты. Но, намагничивая иголки, эти ученые не интересовались, где у иголок получается северный полюс, а где — южный.

Намагнитились, и ладно! Савар же хотел найти способ намагничивать иглы так, чтобы их концы принимали заранее заданную полярность.
Савар намотал на картонную трубку несколько десятков витков медной проволоки, приготовил большую лейденскую банку и запасся иголками. Одну иголку он положил внутрь катушки, запомнив, что острие иголки высовывается с левой стороны.

Затем ученый зарядил от своей электрической машины лейденскую банку и записал: «Внешняя обкладка лейденской банки приобрела положительный заряд, а внутренняя — отрицательный».
Протягивая проводники от катушки к лейденской банке, Савар также отметил в своем журнале, что провод от левого конца катушки (из которого выглядывало острие иголки) будет присоединен к обкладке с положительным зарядом.

«Теперь,— рассуждал Савар,—- когда лейденская банка разрядится через катушку, я буду знать, как сказалось расположение зарядов в лейденской банке на расположении полюсов намагнитившейся иголки».
Закончив все приготовления, он поднес провода к лейденской банке. Сверкнула искра. Лейденская банка разрядилась. Иголка намагнитилась: острый конец стал северным полюсом, ушко — южным.

«Следовательно,— сделал вывод Савар,— положительный заряд создает северный полюс магнита, а отрицательный — южный. Но для проверки опыт надо повторить».
Савар проделал все в прежнем порядке: внешней обкладке лейденской банки сообщил положительный заряд, а иголку вложил в катушку так, чтобы ее острие торчало слева, и присоединил провода к лейденской банке.

Сверкнула искра, иголка намагнитилась, но теперь острие стало южным полюсом, а ушко — северным.
Физик заподозрил какую-то ошибку и начал опыт с третьей иголкой. Он снова сделал все в точности так, как и в первый раз, присоединил провода к лейденской банке, и. . . острие стало северным полюсом.
Ученый повторял опыт множество раз. Условия опыта были одинаковы, а результат менялся совершенно беспорядочно.

Савар менял заряды на обкладках лейденской банки, менял местами концы проводников, вкладывал иголки справа и слева, заменял иголки кусочками стальной проволоки, словом, испробовал все, но иголки намагничивались, как им «хотелось», и научный опыт превращался в нелепую игру. Только замена лейденской банки батареей делала иголки совершенно послушными.
К опыту с упрямой иголкой Савар возвращался несколько раз.

Он старался разгадать, почему иголки под действием электрического разряда лейденской банки намагничиваются то так, то иначе, а под действием тока от батареи разнобоя не получается. Пропуская по катушке ток от батареи, всегда можно наперед сказать, как намагнитится любой конец иглы. Значит, разряд лейденской банки чем-то отличается от разряда батареи, но чем — тогда было неизвестно.
Разгадка странного явления была найдена много лет спустя, лишь во второй половине XIX столетия.

Особенности колебательного разряда

В любом современном радиоприемнике можно найти проволочную катушку, соединенную с конденсатором, то есть тот самый прибор, с помощью которого Савар намагничивал иголки разрядом лейденской банки. Оказывается, что пользуясь приемником, мы слышим радиопередачу в силу той самой причины, какая мешала Савару выполнить задуманное им исследование.
Электрические явления, совершающиеся в катушке, которая присоединена к конденсатору, весьма своеобразны.

Отрицательно заряженная обкладка конденсатора представляет собой как бы вокзальный зал ожидания, в котором толпятся вечные странники — электроны, ожидающие, когда им разрешат отправиться в путь.
Положительный заряд противоположной пластины конденсатора притягивает к себе электроны, но попасть туда они не могут — мешает перегородка — диэлектрик, и они скучиваются у ее поверхности.
Но вот к обкладкам конденсатора присоединили концы проводников от проволочной катушки.

Для электронов образовался проход в другую обкладку. В проводе, который намотан на катушку, возникло электрическое поле. Оно привело в движение все электроны, находившиеся в катушке. Они сорвались с места и устремились в катушку.
И вот тут-то происходит нечто неожиданное, пробег по виткам катушки для электронов оказывается далеко не таким простым делом, как этого можно было ожидать.

В тот момент, когда конденсатор начинает разряжаться, электрический ток в катушке возникает не сразу, не мгновенно. Ему мешает самоиндукция. Току приходится преодолевать ее сопротивление, и он нарастает постепенно, словно берет разбег.
Достигнув наибольшей силы, ток начинает ослабевать. «Передовые отряды» электронов добрались до противоположной обкладки конденсатора, заряды обеих пластин выравнялись и, казалось бы, на этом разряд должен оборваться.

Но нет! Тут опять вмешивается самоиндукция. Магнитное поле катушки вместе с током достигает наибольшей напряженности, и оно не может исчезнуть внезапно и бесследно.
Ослабевая вместе с током, магнитное поле создает вдоль проволоки электрическое поле, которое продолжает гнать электроны в уже зарядившуюся обкладку. Ток, постепенно возраставший, и ослабевает тоже постепенно, заставляя электроны в избытке скапливаться на той обкладке, которая раньше была заряжена положительно.

Конденсатор не просто разряжается, а перезаряжается. Положительно заряженная обкладка становится отрицательной, отрицательно заряженная — положительной; в конденсаторе вновь образуется электрическое поле обратного направления.
Разряд утихает, но только на одно мгновение. Электроны, увлекаемые электрическим полем уже в обратном направлении, опять устремляются через катушку в положительно заряженную обкладку, и все происходит в прежнем порядке.

Самоиндукция сначала тормозит бег электронов, потом ускоряет его и загоняет их в другую обкладку. Обкладки снова меняются знаками, а затем все начинается сначала. Электроны носятся взад и вперед, от одной обкладку Конденсатора до другой, как на качелях (рис. 52).

Катушка, присоединенная к конденсатору, поддерживающая своим магнитным полем это колебательное движение, получила название катушки самоиндукции.

Контур — электрический маятник

Теперь должно быть понятно, почему Савару не удавалось намагничивать иголки так, как он рассчитывал. Электроны, пробегая в одном направлении, намагничивали иголку, а пробегая обратно — перемагничивали ее. Угадать, в каком направлении они пробегут в последний раз, перед разрывом цепи в искровом промежутка, невозможно.

Разряд конденсатора не создает тока, текущего в одном направлении от гальванической батареи. В этом случае возникает колебательный разряд, в котором электроды быстро меняют направление своего движения, то есть образуют не постоянный, а переменный ток, который постепенно угасает, вследствие сопротивления проводника.

Прибор, состоящий; из конденсатора и катушки самоиндукции, называется колебательным контуром (рис. 53).

Колебательный контур представляет собой не что иное, как электрический маятник. Каждый маятник совершает оределенное число качаний в секунду. Частота качаний маятника зависит от его длины. Чем короче маятник, тем быстрее он качается.
Электрические колебания в контуре тоже совершаются со своей определенной частотой, которая зависит от величины самоиндукции катушки и емкости конденсатора, составляющих колебательный контур.

Чем меньше самоиндукция катушки и чем меньше емкость конденсатора, тем быстрее протекает его перезарядка и тем больше частота колебаний тока в катушке.
Значит, для возбуждения очень быстрых, вернее, частых электрических колебаний следует иметь маленький конденсатор и небольшую катушку из 1 — 2 витков проволоки.

На заре радиотехники, когда в приемных и передающих радиостанциях использовались сравнительно медленные (редкие) колебания, приходилось применять огромные катушки и «пудовые» конденсаторы. Такие «первобытные» приемники весили по 16 — 20 килограммов.
Изменяя длину маятника, можно изменить частоту (период) его качаний; в этом нетрудно убедиться — стоит удлинить маятник часов — ходиков, он начнет качаться реже, а часы будут отставать.

Точно так же, изменяя самоиндукцию катушки или емкость конденсатора, можно по желанию увеличивать и уменьшать частоту колебаний в контуре, то есть настраивать его на ту частоту, какая нужна.
Чтобы привести маятник в движение, не требуется большого усилия, достаточно толкнуть его, и он начнет качаться. Но заставить маятник совершать вынужденные колебания, то есть раскачиваться чаще или реже, чем ему свойственно, весьма трудно.

В этом случае приходится раскачивать его, не выпуская из рук.
И электрический маятник тоже легко воспринимает колебания, происходящие с его собственной частотой, но остается почти нечувствителен ко всем остальным колебаниям.
Колебания обычного маятника, если его не подталкивать, постепенно затихают, потому что энергия, полученная от толчка, расходуется на преодоление сопротивления воздуха и на трение в точке подвеса.

И в электрическом маятнике колебания затухают, потому что электронам приходится преодолевать сопротивление проводника. Но, кроме того, в колебательном контуре есть еще одна важная статья расхода энергии: излучение — создание в окружающем пространстве меняющихся электрического и магнитного полей — так называемых электромагнитных волн, бегущих от колебательного контура во все стороны и уносящих энергию его колебаний.

Сопротивление проводников и потери энергии на излучение приводят к тому, что электрические колебания в контуре быстро прекращаются.
Именно за счет энергии, тратящейся на излучение, осуществляется передача радиосигналов.
Электромагнитные волны, встречая на своем пути проводники, вызывают в них движение электронов. С этого начинается прием сигналов — радиоприем.

предыдущая страница

оглавление

следующая страница

Источник: http://tehinfor.ru/s_13/pokel_23.html