Cars - elektrofors

1814. gada vasarā Napoleona uzvarētājs visas Krievijas imperators Aleksandrs Pirmais apmeklēja Nīderlandes pilsētu Hārlemu. Pazīstamais viesis tika uzaicināts uz vietējo akadēmiju. Šeit, kā rakstīja historiogrāfs, "lielā elektriskā mašīna vispirms piesaistīja Viņa Majestātes uzmanību." Izgatavots 1784. gadā. automašīna patiešām atstāja lielu iespaidu. Divi stikla diski ar diametru personas augstuma, pagriezti pa kopēju asi ar četru cilvēku piepūli. Berzes elektrība (triboelektrība) tika piegādāta, lai uzlādētu tā laika kondensatoru divu Leiden kārbu akumulatoru. Dzirksteles no tām sasniedza vairāk nekā pusmetru, par ko imperators bija pārliecināts.

Viņa reakcija uz šo Centrāleiropas tehnoloģiju brīnumu bija vairāk nekā savaldīga. Jau no bērnības Aleksandrs bija pazīstams ar vēl lielāku mašīnu, un tas vairāk deva šīs dzirksteles. Tas tika izgatavots. vēl agrāk - 1777. gadā. dzimtenē Sanktpēterburgā tas bija vienkāršāks, drošāks un prasīja mazāk kalpu nekā holandieši. Ķeizariene Katrīna II mazbērnu klātbūtnē ar šīs mašīnas palīdzību izklaidēja sevi, veicot elektriskos eksperimentus Tsarskoje Selo. Tad viņu kā retu eksponātu pārveda uz Sanktpēterburgas Kunstkameru, pēc tam ar kādu pavēli viņu izveda no turienes un pēdas tika zaudētas.

Aleksandram aizvakar tika parādīta tehnika. Elektroenerģijas ražošanas princips, izmantojot berzi, nav ticis piemērots vairāk nekā 200 gadus, kamēr pašmāju mašīnas pamatā esošā ideja joprojām tiek izmantota mūsdienu skolu un universitāšu laboratorijās pasaulē. Šo principu - elektrostatisko indukciju - Krievijā atklāja un pirmo reizi aprakstīja krievu akadēmiķis, kura vārdu zina maz cilvēku, un tas ir negodīgi. Par to es gribētu atgādināt pašreizējai paaudzei.

Kāpēc jums bija nepieciešama milzu automašīna?

Sanktpēterburgā ar milzu mašīnu izgatavotu darbu apraksti netika atrasti. Ir zināms, ka tajos pašos gados Zinātņu akadēmijas instrumentu kamerā Vasiļevskas salā tika ražoti elektriskie ģeneratori no "kabatas" ģeneratoriem izklaidei un sevis ārstēšanai ģimenes lokā līdz sērijveida ģeneratoriem zinātnieku fiziskajām laboratorijām. Kāpēc viņi izgatavoja dārgu monstru automašīnu? Vai es varu atbildēt uz šo jautājumu?

Uz šo tika izveidots mūsu meklēto saraksts.

1769. gadā Itālijas pilsētā Brescia zibens spēris baznīcu, kuras pagrabos glabātas apmēram 100 tonnas šaujampulvera. Sprādziens, kas sekoja triecienam, iznīcināja daļu pilsētas un tūkstošiem tās iedzīvotāju. Ņemot vērā šo plaši zināmo gadījumu, Lielbritānijas valdība vērsās pie savas akadēmijas zinātniekiem, lai ieteiktu uzticamu zibensaizsardzību tās pulveru noliktavām. Londonas Karaliskās biedrības, kuras locekļu vidū bija arī amerikāņu zibensnovedēju izgudrotājs B. Franklins, dēļ tika ierosināta un uzstādīta zibensaizsardzības iekārta Perflit noliktavās Anglijā.

Un tagad ar mūsdienu zināšanu palīdzību nevar dot 100% garantiju konstrukciju aizsardzībai ar zibensnovedēju (pareizāk - zibensnovedēju) palīdzību. Un ironiski 1772. gadā. zibensnovedējs, kas uzstādīts atbilstoši visiem noteikumiem, neaizsargāja noliktavas no zibens. Viņa “izslīdēja” no aizsargtapas, bet rīkojās vāji, un noliktava nesprāga. Šī lieta radīja lielu troksni, arī Krievijā.

Šeit, Sanktpēterburgā, 15 gadus ir atjaunots Pētera un Pāvila katedrāles zvanu tornis, kas atjaunots pēc zibens spēriena 1756. gadā. Kad 1772. gadā Restaurācijas arhitekta A. Djakova vadītais zvanu torņa torņa galvenais remonts tika pabeigts, viņš vērsās vietējā akadēmijā ar aizsardzības ieteikumu, “lai zibens neizraisītu špica sadedzināšanu”. 1773. gada 25. janvāris Akadēmijas konference uzdeva profesoriem Epinusam, Kraftam un Euleram izteikt viedokli par šīs aizsardzības uzstādīšanu.Pēc dokumentiem ir zināms, ka februārī fizikas profesors VL Krafts vērsās akadēmijas vadībā ar lūgumu “atbrīvot vienu no elektriskajām mašīnām no Instrumentu kameras uz fizikas kabinetu”. Acīmredzot eksperimentiem ..

Ir skaidrs, ka Kraftam bija jāsniedz celtniekiem konkrēti dati: par vadītāju materiāliem, to diametru, materiālu un gaisa spailes augstumu utt. Tagad ir zināms, ka zibens straumes sasniedz simtiem ampēru, un mākoņu lādēšanas potenciāls ir miljoniem voltu. Bet tad nebija voltu vai ampēru, bija tikai viens veids, kā izveidot procesa modeli, iegūt datus un ekstrapolēt tos negaisa procesiem. Turklāt iegūto datu precizitāte būtu augstāka, jo elektriskāku mašīnu varētu realizēt līdzīgāk kā īsts negaiss. Parasta mašīna nebija laba: tā nevarēja izkausēt viena stieples milimetru biezu vara stiepli. Bija jāatrod izeja.

Krievu akadēmiķi nosūtīja pieprasījumu uz Londonu, bet pat tur viņi maz zināja par pieprasītajām problēmām. Lai gan viņi paši eksperimentēja, izveidojot “mākslīgo mākoņu”, kura garums ir vairāk nekā 50 metri un platums - pusmets. Viņu saņemtie rezultāti bija pretrunīgi. Triboelektriskā mašīna tuvojās savam finālam. Lai izveidotu lielu potenciālu, nav iespējams izgatavot stikla diskus, kuru diametrs ir, piemēram, pieci metri. Centrbēdzes spēks negadījumā, protams, pārvērtīs tos tūkstošiem fragmentu, kas ir bīstami eksperimentētājiem. Bija nepieciešams izveidot kādu citu augstsprieguma elektroenerģijas avotu eksperimentiem.

Šāds gadījums parādījās 1776. gadā, kad tika izgudrots elektriskais ģenerators, kas pilnīgi atšķīrās no esošajiem, bet kas elektriskos lādiņus radīja parametros, kas bija vēl augstāki par berzes mašīnu. Projektēšana bija vienkārša, tāpēc ražošanai to izdeva speciālisti. (1. att.) Eksperimenti tika veikti. Un 1777. gada 8. maijā. arhitekts Djakovs informēja Zinātņu akadēmiju par darba pabeigšanu pie spiega zibens stieņa. Un tagad smaile ar 122,5 metru augstumu līdz šim ir droši aizsargāta. Bet, ja amerikāņi, briti un vācieši zina savu varoņu vārdus cīņā pret zibens, tad krievu zinātnes vēstures mācību grāmatās var lasīt, ka V.L. eksperimentāls, Kraftu tas nemaz neinteresēja. ” Un tas ir vairāk nekā taisnīgi.

Att. 1 liels elektrofora krafs

3Virs zinātības.

1775. gada 10. jūnijs itāļu fiziķis A. Volta paziņoja par sava jauna elektroenerģijas avota izgudrojumu: “Es jums uzrādu ķermeni, kurš, tikai vienu reizi elektrificēts, nekad nezaudē savu elektrību, spītīgi saglabājot savas darbības stiprumu.” Autors šo ierīci sauca par vārdiem “elettroforo perpetuo”, ko varētu tulkot kā “uz visiem laikiem plūst elektrība”. Pirms primitīvisma ierīce bija vienkārša. Tā nosaukums fiziskajā terminoloģijā tika samazināts līdz vārdam "elektrofors", bet tā piemērošanas panākumi bija satriecoši. Tagad, lai saņemtu elektriskos lādiņus lielos daudzumos, nebija nepieciešams izmantot esošo elektrisko mašīnu pakalpojumus.

Volta neuzskatīja sevi par vienīgo ierīces izgudrotāju. Tāpat kā ikviens lielisks zinātnieks, viņš pagodināja savu priekšgājēju nopelnus. Šeit ir viņa vārdi: "Epinus un Wilke paredzēja šo ideju un atklāja parādību, kaut arī viņi nekonstruēja gatavu ierīci." Kāda tā paredzēšana? Un uzvārds Epinus šajā tekstā ir atrodams otro reizi. Un tas nav nejaušība.

Rostokas universitātes profesors F. Epinuss un viņa studente I. Vilke elektrības atklāšanā ir parādība, ko mūsdienās sauc par elektrisko indukciju. Atklājuma jēgu var izskaidrot šādi: katrs ķermenis, kas pats tiek ievietots elektriskajā laukā, kļūst elektrisks. Vēlāk Epinuss tiks uzaicināts uz Krieviju no 1757. gada. viņš kļūs par Sanktpēterburgas Zinātņu akadēmijas locekli. Šeit viņš dzīvos līdz mūža beigām, un šeit viņš uzrakstīs savu galveno dzīves darbu - "Pieredze elektrības un magnētisma teorijā".Tas tika publicēts Sanktpēterburgā 1759. gadā. un kļuva ļoti populārs starp fiziķiem. Es iepazinos ar šo darbu un A. Voltu. Viņš pievērsa īpašu uzmanību Sanktpēterburgas akadēmiķa pieredzei, kuru mēs atkārtosim turpmāk.

Uz divām stikla glāzēm A un B pusmetra garumā ir uzstādīta metāla josla C. Šīs joslas galos ir novietoti vēl divi bloku atsvari 1 un 2 (2. att.). Ja atnesat (nepieskaroties) rīvētu vaska nūju no pirmā svara sāniem, noņemot mazos svarus, varat pārliecināties, ka tie ir uzlādēti. Pirmais ir pozitīvs, otrais ir negatīvs elektrības. Turklāt šādu operāciju, neberzējot vairāk vaska nūjas, var veikt tik reižu, cik vēlaties. Blīvējošais vasks nesamazinājās. Principā bija gatava mašīna ķermeņa uzlādēšanai ar elektrību. Svaru vietā bija iespējams uzvilkt uz stieņa jebkuru elektrificējamo ķermeni un tos elektrizēt. Kāpēc ne mūžīgā kustības mašīna?

Tas bija Volta elektrofora prototips, kura mehānismu ir ļoti vienkārši izskaidrot laikabiedriem. Rīvēts blīvējošais vasks tiek uzlādēts negatīvi. Tas rada elektrisko lauku, kas iedarbojas uz metāla stieņa brīvajiem elektroniem. Ja tiem ir negatīvs lādiņš, tos pārdala joslā tādā veidā, ka tie uzkrājas 2. svarā un paliek 1. svara deficītā. Stieņa galos rodas potenciāla atšķirība. Viņu var atbrīvoties pēc vēlēšanās. Voltas ģēnijs bija nepieciešams, lai šo parādību izmantotu praksē un, vēl jo vairāk, lai samazinātu niecīgās butaforijas Epinus instalācijā. Volta nemaz nelieto svarus. Tikai vaska atdošanas brīdī uz brīdi viņš ar pirkstu pieskaras stieņa galam, kas atrodas pretī vaskam. Ir skaidrs, ka liekie elektroni caur fiziķa ķermeni plūda “zemē”. Tagad, kad tika noņemts blīvējošais vasks, izrādījās, ka viss stienis ir uzlādēts ar pozitīvu elektrību. Pēc šī principa jau bija iespējams izveidot ērtāku elektrisko mašīnu nekā berzes mašīnas. Bet ne tikai tā bija jaunās automašīnas priekšrocība.

Izrādās, ka elektrofora mašīna spēj ne tikai iegūt lādiņu, bet arī vairākas reizes palielināt tā elektrisko potenciālu. Un Volta izmantoja šo īpašumu, kad pierādīja elektrības identitāti, iegūts galvaniskajā šūnā un elektrība, ko rada berze, kā arī mākoņa zibensizlāde. Visas šīs apsūdzības izrādījās tieši tādas pašas. Un to pierādīja elektrofors.

Kā milzu elektrofors darbojās?

Ovālu, ar alvu pārklātu milzīgu "pannu" apmēram četru kvadrātmetru platībā (!!!) piepildīja ar sasaldētu sveķu un vaska kausējumu. Viņa gulēja elektrofora pamatnē. Uz tā, uz vairāk nekā divu metru augstiem statīviem, virvēm, kas izlaistas caur blokiem, karājās vēl viena disku cepšanas panna, nedaudz mazāka. Visas mašīnas izmēri bija 3 x 2,5 x 1,5 metri. (1. att.). Piedod viduslaiku mākslinieka grafiskās nepilnības. Aprakstošā ģeometrija, kas ļauj attēlot trīsdimensiju zīmējumus plaknē, parādīsies tikai 1799. gadā.

Mēs īpaši vienkāršojām zīmējumu, lai saprastu mašīnas principu. (3. att.) Disku pannu pāris, kas savstarpēji izolēti ar zīda virvēm, ir mainīgas ietilpības gaisa kondensators. Atgādiniet, ka kondensatora kapacitāte ir apgriezti proporcionāla attālumam starp plāksnēm. Jo mazāks attālums, jo lielāka ietilpība un otrādi. Eksperimenta jauda tika mainīta, paceļot un nolaižot piekārto pannu. Lai noņemtu lādiņus, kustīgās pamatnes augšdaļai, apakšējai A, tika pielodēta vara bumba B.

Elektrofora darbs sākās ar lādiņa ierosināšanu apakšējā "pannā". To varētu izdarīt, berzējot sveķus ar parastu kažokādas cepuri. Šī procedūra tika veikta vienlaikus. Pēc tam elektrofora kustīgā daļa nokrita pēc iespējas zemāk, bet, neļaujot saskarties ar apakšējo "pannu". Tas notiek tajā.

Mēs zinām, ka augšējais disks ir izgatavots no metāla, un metāliem ir kristāliska struktūra. Šos kristālus var uzskatīt par pozitīvu metāla jonu režģi, kuru šūnas ir piepildītas ar elektroniem. Šos elektronus var pielīdzināt gāzu molekulām, kas nepārtraukti pārvietojas.Kad augšējais disks tuvojas apakšējam, arvien vairāk palielinās sveķu negatīvais lauks uz negatīvi lādētiem elektroniem. Tas noved pie tā, ka elektri, kas izstumj, izkliedējas diska augšējā daļā un arī lodētā vara lodītē C. Rezultātā kustamā “cepešpannas” augšējā daļa saņem elektronu pārpalikumu ar trūkumu apakšējā daļā. Attiecīgi kustamā diska augšējā daļa un bumba C ir negatīvi lādēti, bet apakšējā - pozitīva.

Ja diriģenta bumba B vai C tagad ir iezemēta, tad elektronu pārpalikums plūst no “panna” augšdaļas uz zemi, padarot to neitrālu, bet elektronu trūkums apakšā saglabāsies. Savā elektroforā Volta veica šo procedūru ar pirksta pieskārienu, un milzu, kur lādiņš bija liels, caur eksperimentu plūstošās strāvas bija lielas un varēja savainot elektrizatoru. Tāpēc mašīnas dizaineri nāca klajā ar īpašu zemes elektrodu, kas darbojās automātiski. Nolaidot trauka augšpusi, bumba C zemākajā stāvoklī bija saskarē ar iezemētu bumbiņu D, caur kuru elektroni ieplūda zemē. Nedaudz paaugstinoties augšējā diskā, kontakts tika pārtraukts, un elektronu trūkums jau izplatījās visā diskā. Un šīs uzlādes iespējas palielinājās, palielinoties diska augstumam. Šo likumsakarību pasaules vēsturē pirmo reizi pamanīja jau 1759. gadā Sanktpēterburgas akadēmiķis F.U.T. Epinuss.

Parasti studenti to pilnībā nesaprot, kaut arī nevienam cilvēkam nav aizliegts atkārtot Epinusa pieredzi, un tas ir samērā viegli izdarāms. Šo regularitāti viegli reģistrē ar simboliem formulā, kas ir jebkurā elektrotehnikas mācību grāmatā. Studentu neuzticēšanos šī eksperimenta rezultātiem, visticamāk, izraisa ideja par mainīgas kapacitātes kondensatoru kā sava veida pastāvīgas kustības mašīnu, no kuras tas palielina uzlādes potenciālu. Bet potenciāla palielināšanās notiek uz enerģijas izmaksu rēķina, kas saistīts ar plākšņu izplatīšanas mehānisko darbu. Galu galā kondensatoru plāksnes, kas uzlādētas ar pretējām maksām, tiek piesaistītas viena otrai ar noteiktu spēku, kas jāpārvar.

Protams, nav iespējams simulēt zibens izlādes procesu pat ar šāda elektroforu giganta palīdzību, taču līdz šim ar fizikas lādiņiem tiek sasniegti augsti potenciāli, izmantojot van de graaff automašīnaskur lādiņi milzu vadītāju bumbiņām tiek nogādāti mehāniski.

Mēs nezinām cara elektroforā saņemtā lādiņa potenciālu, taču nezināms autors arhīva avotos rakstīja: “Viņa (mašīna) ir gatava trāpīt visiem, kas uzdrošinās pieskarties viņas lodei. No pieredzes ir zināms, ka šis elektrofors pat var nogalināt vērsi. Šausmīgs spēks! ”

Sanktpēterburgas giganta veidotāji.

Milzu mašīnas dizaineru vārdi mums ir zināmi no slavenā fiziķa Johanna Bernoulli vārdiem, kurš 1778. gadā apmeklēja Pēterburgu. Šis Pēterburgas Zinātņu akadēmijas profesors Volfgangs Ludvigs Krafts (1743-1814) un tās pašas akadēmijas mehāniķis, krievu amatnieks I. P. Kulibins (1735-1818). Vienā no mūsdienu grāmatām par elektrību var lasīt: "Indukcijas mašīnu tehniskajā projektā pat sarežģītai acij nav viegli saskatīt to vienkāršos pamatprincipus." Apbrīnojams cilvēks bija Kulibins. Viņš patstāvīgi iemācījās vienreiz padarīt teleskopus ne sliktākus par angļu valodu, un viņš personīgi slīpēja objektīvus. Tas notika arī ar elektroforu, kura būtība ir nesaprotama pat daudziem inženieriem. Tātad gods uzbūvēt milzu elektroforu pilnībā pieder mūsu tautiešiem.

Etnisko vācieti V.L.Kraftu nevar uzskatīt par ārzemnieku.Viņš ir dzimis un miris Sanktpēterburgā, un fizikas vēsturē viņa vārds ir atrodams krievu valodas versijā - Login Jurjevičs. Tā nebija viņa vaina, ka viņam neļāva strādāt fizikas jomā. Katrīna II viņu identificēja kā daudzu mazbērnu skolotāju, starp kuriem bija topošie imperatori Aleksandrs I un Nikolajs I.

Katrīna II pārtrauca arī savu zinātnisko karjeru Sanktpēterburgas akadēmiķim, elektriskās indukcijas pionierim F.U.T. Epinusam (1724-1802), vienam no perspektīvākajiem tā laika speciālistiem elektrības jomā. Viņam bija pienākums atšifrēt pārtverto Pēterburgas ārzemnieku diplomātisko korespondenci ķeizarienei. Bet nav šaubu, ka viņš kā konsultants piedalījās milzu mašīnas izveidē. Pārslodze diplomātisko sūtījumu atšifrēšanā bija tik liela, ka viņš smagi saslima ar garīgu slimību un dzīves beigās nevarēja nodarboties ar zinātni.

Šīs automašīnas liktenis nav zināms. Pēc kāda pasūtījuma viņa tika izvesta no Kunstkamera. Un tas var nebūt bez iemesla. Viņi baidījās no viņas, un šī iemesla dēļ. Tika konstatēts, ka elektrofori var darboties, nesniedzot viņam provizorisku maksu. Milzīgam elektroforam virs apakšējās pannas bija pietiekami viegla vēsma. tad iegūt augstus, nāvējošus potenciālus.

Kāpēc šis raksts ir rakstīts?

Visam iepriekš minētajam vajadzētu parādīt lasītājam, ka ir ļoti viegli iegūt elektriskos potenciālus pat mājās. Mūsdienu Kulibinu prāts ir jautājums par to praktiskās pielietošanas iespēju atrašanu. Statiskās elektrības izmantošanas iespējas, iespējams, pastāv pat ikdienas dzīvē. Ir nepieciešams tikai ieinteresēt izgudrotājus. Un šeit ir divi piemēri.

Pagājušā gadsimta 40. gados padomju fiziķu patriarhs A. F. Ioffe izstrādāja elektrostatisko ģeneratoru rentgena aparāta darbināšanai. Ģenerators bija vienkāršs un uzticams. Tad viņš nāca klajā ar ideju nodot visu valsts elektroenerģijas nozari elektrostatikai. Tad nevajadzīgi transformatoru un taisngrieži pārvades līnijām. Tiešās strāvas pārraide ir visekonomiskākā, jo vairāk zaudējumi transformācijas laikā pazūd. Bet diemžēl lielai elektroenerģijas nozarei šāda sistēma nav iespējama ģeneratoru praktiskai ražošanai. Bet ir arī patērētāji ar mazu enerģijas patēriņu, jo īpaši tāpēc, ka statiskie ģeneratori nerada magnētiskos laukus un ir ļoti viegli.

Ir zināms, ka jau 1748. gadā. lielais amerikānis B. Franklins praktiskiem mērķiem izmantoja ar statisku motoru - viņš apgrieza tītara iesmu virs cepamās pannas. Tagad šādi dzinēji tiek aizmirsti, lai gan tiem nav tinumu, elektriskā tērauda un vara. Tas nozīmē, ka tie var būt ļoti uzticami darbībā. Šādi dzinēji ir ļoti daudzsološi kosmosa lietojumiem. Turklāt polimēru ķīmijas attīstība mums sola jaunus dielektriskos materiālus.

Tātad jūs varat domāt šajā virzienā.