De Leyden flaska Det är en tunn glasflaska eller kanna som innehåller en tätt passande metallplåt på insidan och en annan lika tät metallfilm på utsidan..
Det är den första elektriska enheten i historien som användes för att lagra elektriska laddningar helt enkelt genom att vidröra den, antingen av stången eller av det yttre arket, med en stång som tidigare laddats genom friktion (triboelektrisk effekt) eller genom elektrostatisk induktion. En spänningskälla som en cell eller ett batteri kan också användas.
Artikelindex
Uppfinningen av Leyden-flaskan krediteras Pieter van Musschenbroek, professor i fysik vid universitetet i Leyden 1745. Oberoende och samtidigt lyckades den tyska uppfinnaren Ewald Georg von Kleist också lagra statisk elektricitet med liknande flaskor, i väntan på holländarna.
Musschenbroek fick hjälp av en advokat vid namn Cunaeus, som han hade bjudit in till sitt laboratorium i Leyden. Denna saga karaktär var den första som märkte att laddningen ackumulerades genom att hålla flaskan med handen medan han laddade stången eller nålen med den elektrostatiska maskinen..
Efter att professor Musschenbroek överraskade alla med sin uppfinning, gjordes nästa förbättring av Leyden-flaskan, när enheten slutligen döptes, 1747 tack vare John Bevis, en läkare, forskare och sist men inte minst astronomen som upptäckte krabbanebulosan.
Bevis konstaterade att om du täckte flaskan på utsidan med ett tunt ark, behövde du inte hålla den med handen..
Han insåg också att det inte var nödvändigt att fylla den med vatten eller alkohol (den ursprungliga Musschenbroek-flaskan fylldes med vätska) och att det bara var nödvändigt att täcka flaskans insida med metallfolie i kontakt med stången som passerar genom kork ..
Senare experiment avslöjade att mer laddning ackumulerades när glaset blev tunnare och den intilliggande metallytan mer omfattande..
Delarna av en Leyden-flaska visas i figur 1. Glaset fungerar som en isolator eller dielektrikum mellan plattorna, förutom att den tjänar för att ge dem nödvändigt stöd. Plattorna är vanligtvis tunn folie av tenn, aluminium eller koppar.
En isolator används också för att göra locket på burken, till exempel torrt trä, plast eller glas. Kåpan är genomborrad av en metallstång från vilken en kedja hänger som tjänar till att få elektrisk kontakt med den inre plattan..
- Glasburk, så tunn som möjligt
- Metallfolie (aluminium, tenn, koppar, bly, silver, guld) för att täcka flaskans insida och utsida separat.
- Hålt isoleringsmaterialöverdrag.
- Metallstav för att gå igenom det perforerade locket och som i den inre änden har en kedja eller kabel som gör metallisk kontakt med flaskans inre ark. Den andra änden av stången slutar vanligtvis i en sfär för att undvika elektriska bågar på grund av ackumulerade laddningar på spetsarna..
För att förklara ackumuleringen av elektrisk laddning är det nödvändigt att börja med att fastställa skillnaden mellan isolatorer och ledare..
Metaller är ledande eftersom elektroner (bärare av elementär negativ laddning) kan röra sig fritt inom dem. Vilket inte betyder att metallen alltid är laddad, i själva verket förblir den neutral när antalet elektroner är lika med antalet protoner..
Däremot saknar elektronerna i isolatorer metallernas typiska rörlighet. Men genom friktion mellan olika isolerande material kan det hända att elektroner från ytan på en av dem passerar till ytan på den andra..
Återvänder till Leyden-flaskan, i förenklad form är det en metallfolie åtskild av en isolator från en annan ledande folie. Figur 3 visar en schematisk bild.
Anta att den yttre plattan är jordad, antingen för hand eller genom en tråd. När en stång som laddades positivt genom att gnugga närmar sig, blir staven som ansluter till innerplattan polariserad. Detta leder till en avskiljning av avgifterna i det hela taget stång-innerplatta.
Elektroner på den yttre plattan lockas av de positiva laddningarna på den motsatta plattan och fler elektroner når den yttre plattan från marken.
När denna anslutning bryts blir plattan negativt laddad och när stången separeras blir den inre plattan positivt laddad..
Leyden-flaskan var den första kända kondensatorn. En kondensator består av två metallplattor åtskilda av en isolator och de är välkända inom el och elektronik som oumbärliga kretselement..
Den enklaste kondensorn består av två platta ytor TILL separerade ett avstånd d mycket mindre än plattornas storlek.
Kapaciteten C att lagra laddning i en platt platt kondensator är proportionell mot arean TILL plattor och omvänt proportionellt mot separationen d mellan plattorna. Proportionalitetskonstanten är elektrisk permittivitet ε och de sammanfattas i följande uttryck:
C = ε⋅A / d
Kondensatorn som bildas av Leyden-flaskan kan approximeras av två koncentriska cylindriska plattor med radier till intern och radio b för entrépanelen och höjden L. Skillnaden i radier är just glasets tjocklek d vad är separationen mellan plattorna.
Kapaciteten C av en cylindrisk plattkondensator ges av:
C = ε⋅2πL / ln (b / a)
Som kan dras av detta uttryck, ju längre längd L desto mer kapacitet har enheten.
Om tjockleken eller separationen d är mycket mindre än radien, då kan kapaciteten approximeras genom uttrycket av de platta plattorna enligt följande:
C ≈ ε⋅2πa L / d = ε⋅p L / d
I ovanstående uttryck sid är omkretsen av den cylindriska plattan och L höjden.
Oavsett form, maximal belastning F att en kondensator kan ackumuleras är proportionell mot laddningsspänningen V, vara kapaciteten C av kondensatorn proportionalitetskonstanten.
Q = C⋅ V
Med lätt tillgängliga material hemma och lite manuell skicklighet kan du efterlikna professor Musschenbroek och bygga en Leyden-flaska. För detta behöver du:
- 1 glas eller plastburk, såsom majonnäs.
- 1 perforerad plastisoleringskåpa genom vilken en styv tråd eller kabel kommer att passera.
- Rektangulära remsor av köksfolie för att täcka, limma eller fästa på insidan och utsidan av burken. Det är viktigt att aluminiumbeläggningen inte når flaskans kant, den kan vara lite högre än hälften.
- En flexibel kabel utan isolering som skarvas på stångens insida, så att den kommer i kontakt med aluminiumfolien som leder insidan av flaskans vägg.
- Metallisk sfär (går ovanpå locket för att undvika spikar).
- Oisolerad tråd som ska bindas till den yttre aluminiumfolien.
- Linjal och sax.
- Tejp.
Obs: En annan version som undviker arbetet med att placera aluminiumfolien på insidan är att fylla flaskan eller burken med en lösning av vatten och salt, som fungerar som den inre plattan..
Täck flaskan inifrån och ut med aluminiumfolieremsorna, vid behov fästs de med tejpen, var noga med att inte överstiga flaskans mitt för mycket.
- Stick igenom locket försiktigt så att det passerar genom den nakna koppartråden eller kabeln för att få flaskans inre aluminiumfolie i kontakt med utsidan, där den ledande sfären ska placeras strax ovanför locket.
- Mer oisolerad tråd används för att binda yttermanteln och göra ett slags handtag. Hela enheten ska se ut som visas i figur 1 och 4.
När Leyden-flaskan är byggd kan du experimentera med den:
Om du har en gammal TV eller bildskärm med en katodstråle kan du använda den för att ladda flaskan. För att göra detta, håll flaskan med ena handen vid den yttre plattan medan du stänger kabeln som ansluter till den inre delen och rör vid skärmen..
Kabeln som är knuten till utsidan ska ligga nära kabeln som kommer från flaskans insida. Lägg märke till att en gnista uppträder som visar att flaskan har laddats elektriskt..
Om du inte har en lämplig skärm kan du ladda Leyden-flaskan genom att hålla den nära en yllduk som du precis har tagit från torktumlaren. Ett annat alternativ för laddningskällan är att ta en bit plaströr (PVC) som tidigare har slipats för att ta bort fett och lack. Gnid röret med en pappershandduk tills den får tillräcklig laddning.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.