Tsar - elektrofor

Om sommeren 1814 Napoleons vinder All-Russian kejser Alexander den første besøgte den hollandske by Haarlem. Den fremtrædende gæst blev inviteret til det lokale akademi. Her, som historiografen skrev, "Den store elektriske maskine tiltrak først og fremmest hans majestets opmærksomhed." Oprettet i 1784. bilen gjorde virkelig et stort indtryk. To glasskiver med en diameter på en persons højde drejede på en fælles akse ved hjælp af fire personer. Friktion elektricitet (triboelektricitet) blev leveret til at oplade batteriet i to-Leiden dåser, kondensatorer på det tidspunkt. Gnister fra dem nåede en længde på mere end en halv meter, som kejseren var overbevist om.

Hans reaktion på dette centraleuropæiske mirakel af teknologi var mere end tilbageholden. Fra barndommen kendte Alexander en endnu større maskine, og det gav flere af disse gnister. Det blev lavet. endnu tidligere i 1777. i hans hjemland i Skt. Petersborg var det enklere, sikrere og krævede mindre tjenere end hollænderne. Kejserinde Catherine II under tilstedeværelse af sine børnebørn underholdt sig selv ved hjælp af denne maskine ved elektriske eksperimenter i Tsarskoye Selo. Derefter blev hun, som en sjælden udstilling, overført til Skt. Petersbykunstkamera, derefter blev hun ved en eller anden orden ført derfra, og hendes spor gik tabt.

Alexander fik vist teknikken fra i går. Princippet om produktion af elektricitet gennem friktion er ikke blevet anvendt i mere end 200 år, mens ideen bag den indenlandske maskine stadig bruges i moderne laboratorier på skoler og universiteter i verden. Dette princip - elektrostatisk induktion - blev opdaget og først beskrevet i Rusland af den russiske akademiker, hvis navn få mennesker kender, og dette er uretfærdigt. Jeg vil minde om dette for den nuværende generation.

Hvorfor har du brug for en kæmpe bil?

Beskrivelser af værker produceret i Skt. Petersborg på en gigantisk maskine blev ikke fundet. Det vides, at i de samme år i Instrument Chamber of Academy of Sciences på Vasilievsky Island blev elektriske generatorer fremstillet fra "pocket" -generatorer til underholdning og selvbehandling i familiekredsen, til serielle til fysiske laboratorier for forskere. Hvorfor lavede de en dyr monsterbil? Kan jeg besvare dette spørgsmål?

Dette er, hvad vores ønskede liste førte til.

I 1769 i den italienske by Brescia ramte lynet en kirke, i kældrene, hvoraf der var opbevaret ca. 100 tons krutt. Eksplosionen, der fulgte efter slag, ødelagde en del af byen og tusinder af dens indbyggere. I betragtning af denne almindeligt kendte sag henvendte den britiske regering sig til forskere fra sit akademi for at anbefale pålidelig lynbeskyttelse for sine pulverdepoter. Af hensyn til Royal Society of London, blandt hvis medlemmer var lynstangopfinderen amerikaner B. Franklin, blev et lynbeskyttelsesanlæg i pakhuse i Perflit i England foreslået og udført.

Og nu ved hjælp af moderne viden kan man ikke give en 100% garanti for beskyttelsen af ​​strukturer ved hjælp af lynstænger (mere korrekt lynstænger). Og ironisk nok i 1772. lynstangen installeret i henhold til alle regler beskyttede ikke lagrene mod lyn. Hun “gled” fra den beskyttende pin, men handlede svagt, og lageret eksploderede ikke. Denne sag lavede meget støj, også i Rusland.

Her i Skt. Petersborg i 15 år er klokketårnet i Peter og Paul-katedralen restaureret, som brændte ned efter et lynnedslag i 1756. Når i 1772 Hovedreparationen af ​​klokketårnspiret, ledet af restaureringsarkitekten A. Dyakov, var afsluttet, han vendte sig til det lokale akademi med en anbefaling om beskyttelse, ”så lynet ikke ville få en spitz til at brænde”. 25. januar 1773 Akademikonferencen instruerede professorer Epinus, Kraft og Euler om at udtrykke deres synspunkter på, hvordan man installerer denne beskyttelse.Ifølge dokumenter vides det, at professor i fysik VL Kraft i februar henvendte sig til ledelsen for akademiet med en anmodning om at "frigive en af ​​de elektriske maskiner fra instrumentkammeret til fysikkontoret". Tilsyneladende til eksperimenter ..

Det er tydeligt, at Kraft var nødt til at give bygherrer specifikke data: om materialerne i lederne, deres diameter, materiale og højde på luftterminalen osv. Det vides nu, at lynstrømme når hundreder af ampere, og skyets opladningspotentiale er millioner volt. Men så var der ingen volt eller ampère, der var kun en måde at oprette en procesmodel, få data og ekstrapolere dem til tordenvejr processer. Desuden ville nøjagtigheden af ​​de opnåede data være højere, jo mere elektrisk en maskine kunne implementere en mere ligner en reel tordenvejr. En almindelig maskine var ikke god: den kunne ikke smelte en kobbertråd, som var en millimeter tyk. Det var nødvendigt at finde en vej ud.

Russiske akademikere sendte en anmodning til London, men selv der vidste de kun lidt om de anmodede problemer. Selvom de selv eksperimenterede ved at skabe en "kunstig sky" på mere end 50 meter i længden og en halv meter i bredden. De resultater, de modtog, var modstridende. Den triboelektriske maskine nærmet sig sin finale. For at skabe høje potentialer er det umuligt at fremstille glasskiver med en diameter på for eksempel fem meter. Centrifugalkraften i en ulykke vil helt sikkert forvandle dem til tusinder af fragmenter, der er farlige for eksperimentere. Det var nødvendigt at oprette en anden højspændingsskilde til elektricitet til eksperimenter.

Et sådant tilfælde optrådte i 1776, da en elektrisk generator blev opfundet, som var helt anderledes end de eksisterende, men som genererede elektriske ladninger i parametre, der var endnu højere end en friktionsmaskine. Designet var enkelt, så til fremstilling blev det udleveret af dets specialister. (Fig. 1) Eksperimenterne blev udført. Og den 8. maj 1777. arkitekten Dyakov oplyste videnskabsakademiet om færdiggørelsen af ​​arbejdet med spirets lynstang. Og nu er spiret med en højde på 122,5 meter pålideligt beskyttet til dags dato. Men hvis amerikanere, briter og tyskere kender navnene på deres helte i kampen mod lyn, kan man i russiske lærebøger om videnskabshistorien læse, at V.L. eksperimentelt var Kraft slet ikke interesseret. ” Og dette er mere end fair.

Fig. 1 Stor elektroforekraft

WOver know-how.

10. juni 1775 den italienske fysiker A. Volta annoncerede sin opfindelse af en ny strømkilde: ”Jeg præsenterer for dig et organ, der kun elektrificeres én gang, aldrig mister sin elektricitet, og vedholdende opretholder styrken i dens handling.” Forfatteren kaldte denne enhed ordene "elettroforo perpetuo", som kunne oversættes som "elektricitet flyder for evigt". Enheden var enkel før primitivismen. Dets navn i fysisk terminologi blev reduceret til ordet "elektrofor", men succesen med dens anvendelse var overvældende. For at modtage elektriske opladninger i store mængder var det ikke nødvendigt at bruge tjenesterne til eksisterende elektriske maskiner.

Volta betragtede sig ikke som den eneste opfinder af enheden. Som enhver stor videnskabsmand hædrede han sine forgængers fordele. Her er hans ord: "Epinus og Wilke forventede denne idé og opdagede fænomenet, selvom de ikke konstruerede det færdige udstyr." Hvilken forventning er det? Og efternavnet Epinus findes i denne tekst for anden gang. Og dette er ingen ulykke.

Professor ved University of Rostock F. Epinus og hans studerende I. Wilke inden for elektricitetsopdagelse er et fænomen, der nu kaldes elektrisk induktion. Betydningen af ​​opdagelsen kan forklares som følger: ethvert legeme, der er placeret i et elektrisk felt, bliver elektrisk. Senere bliver Epinus inviteret til Rusland fra 1757. han bliver medlem af St. Petersburg Academy of Sciences. Her vil han bo indtil slutningen af ​​sit liv, og her vil han skrive sit vigtigste livsværk - "Erfaring i teorien om elektricitet og magnetisme."Det blev offentliggjort i Skt. Petersborg i 1759. og blev meget populær blandt fysikere. Jeg blev bekendt med dette arbejde og A. Volta. Han gjorde særlig opmærksom på erfaringerne fra St. Petersburg-akademikeren, som vi vil gengive nedenfor.

På to glasglas A og B installeres en metalstang C i en længde på en halv meter. Ved enderne af denne bjælke er to andre blokvægte 1 og 2 anbragt (fig. 2). Hvis du bringer (uden at røre ved) den revne voksstang fra siden af ​​den første vægt, kan du sørge for, når du fjerner de små vægte, at de er opladet. Den første er positiv, den anden er negativ elektricitet. Desuden kan en sådan operation uden at gnide flere voksstikker udføres så mange gange, som du vil. Forseglingsvoks faldt ikke. I princippet var en maskine til opladning af karosserier med elektricitet klar. Det var muligt i stedet for vægte at anbringe en bar, som skal elektrificeres, og at elektrificere dem. Hvorfor ikke en evig bevægelsesmaskine?

Det var en prototype af Volta's elektrofor, hvis mekanisme er meget enkel at forklare for samtidige. Rivet tætningsvoks oplades negativt. Det skaber et elektrisk felt, der virker på de frie elektroner i en metalstang. Når de har en negativ ladning, distribueres de i søjlen på en sådan måde, at de ophobes i vægten 2 og forbliver underskud i vægten 1. Potentialeforskellen opstår ved enderne af stangen. Hun kan bortskaffes efter ønske. Det var nødvendigt med Volta's geni for at bruge dette fænomen i praksis og endda for at reducere de magre rekvisitter i installationen af ​​Epinus. Volta bruger slet ikke vægte. Lige i det øjeblik, han bringer voksen op, berører han et stykke ved enden af ​​stangen modsat voks med fingeren. Det er tydeligt, at overskydende elektroner strømte gennem fysikerens krop ind i "jorden". Da forseglingsvoks blev fjernet, viste det sig, at hele stangen var ladet med positiv elektricitet. Efter dette princip var det allerede muligt at skabe en elektrisk maskine mere praktisk end friktionsmaskiner. Men ikke kun dette var fordelen ved den nye bil.

Det viser sig, at en elektroforemaskine ikke kun er i stand til at få en ladning, men også øge dens elektriske potentiale mange gange. Og Volta udnyttede denne ejendom, da han beviste identiteten af ​​elektricitet, opnået i en galvanisk celle og elektricitet produceret af friktion samt skyets lynafgift. Alle disse afgifter viste sig at være af nøjagtigt samme karakter. Og det blev bevist med elektrofor.

Hvordan virkede den gigantiske elektrofor?

En oval, tin-dækket enorm "stegepande" med et areal på cirka fire kvadratmeter (!!!) blev fyldt med en frossen smeltning af harpiks og voks. Hun lå ved bunden af ​​elektroforen. På det, på stativer, der er mere end to meter høje, på reb, der passerede gennem blokke, hang en anden skivepande, lidt mindre. Dimensionerne på hele maskinen var 3 x 2,5 x 1,5 meter. (Fig. 1). Tilgiv de middelalderlige kunstnerens grafiske mangler. Beskrivende geometri, der giver dig mulighed for at skildre tredimensionelle tegninger på et plan, vises først i 1799.

Vi har specifikt forenklet tegningen for at forstå maskinens princip. (Fig. 3) Et par skivepander, isoleret med silketov fra hinanden, er en luftkondensator med variabel kapacitet. Husk, at kondensatorens kapacitet er omvendt proportional med afstanden mellem pladerne. Jo mindre afstand, jo større kapacitet og vice versa. Eksperimenterens kapacitet blev ændret ved at hæve og sænke den ophængte pan. For at fjerne ladninger blev en kobberkugle B loddet til den øverste del af bevægelsespanden for den nedre A.

Arbejdet med elektroforen begyndte med at excitere en ladning i den nedre "pan". Dette kunne gøres ved at gnide harpiksen med en almindelig pelshat. Denne procedure blev udført ad gangen. Derefter faldt den bevægelige del af elektroforen så lavt som muligt, men uden at tillade kontakt med den nedre "pan". Dette er hvad der sker i det.

Vi ved, at den øverste disk er lavet af metal, og metallerne har en krystallinsk struktur. Disse krystaller kan betragtes som et gitter af positive metalioner, hvis celler er fyldt med elektroner. Disse elektroner kan sammenlignes med gasmolekyler, der bevæger sig kontinuerligt. Når den øverste disk nærmer sig den nedre, øges hartsets negative felt på negativt ladede elektroner mere og mere. Dette fører til det faktum, at elektronerne, der skubber ud, diffunderer i den øverste del af disken og også ind i den loddede kobberkugle C. Som et resultat får den øverste del af den bevægende "stegepande" et overskud af elektroner med en mangel i den nederste. Følgelig er den øverste del af den bevægelige disk og kuglen C negativt ladet, og den nedre er positiv.

Hvis lederkuglen B eller C nu er jordet, vil overskydende elektroner strømme fra toppen af ​​"pan" til jorden, hvilket gør den neutral, men manglen på elektroner i bunden vil forblive. På sin elektrofor udførte Volta denne procedure med et fingertryk, og i den gigantiske ene, hvor ladningen var stor, var strømme, der løb gennem eksperimentatoren, store og kunne skade elektricitetsapparatet. Derfor designere af maskinen kom med en speciel jordelektrode, der fungerede automatisk. Ved sænkning af toppen af ​​panden var kuglen C i kontakt i den laveste position med den jordede kugle D, gennem hvilken elektroner strømte ned i jorden. Med en svag stigning i den øverste disk blev kontakten afbrudt, og manglen på elektroner spredte sig allerede til hele disken. Og potentialet for denne opladning steg med stigende højde på disken. Denne regelmæssighed blev først bemærket i verdenshistorien tilbage i 1759 af St. Petersburg akademiker F.U.T. Epinus.

Normalt forstås det ikke fuldstændigt af studerende, selvom det ikke er forbudt for nogen at gentage Epinus-oplevelsen, og dette er relativt let at gøre. Denne regelmæssighed registreres let ved hjælp af symboler i formlen, som findes i enhver lærebog for elektroteknik. Mistilliden mod studerende i resultaterne af dette eksperiment skyldes sandsynligvis tanken om en kondensator med variabel kapacitet som en slags evig bevægelsesmaskine, hvorfra den øger ladningspotentialet. Men stigningen i potentiale kommer på bekostning af energiomkostningerne til det mekaniske arbejde med at sprede pladerne. Når alt kommer til alt tiltrækkes kondensatorplader, der er ladet med modsatte ladninger, til hinanden med en bestemt kraft, der skal overvindes.

Selvfølgelig er det umuligt at simulere processen med en lynnedladning selv ved hjælp af en sådan elektrofor-gigant, men indtil nu opnås høje potentialer for fysikladninger ved anvendelse af van de graaff bilerhvor ladningerne leveres mekanisk til kæmpe lederkugler.

Vi ved ikke potentialet i den afgift, der blev modtaget ved tsarelektroforen, men en ukendt forfatter skrev i arkivkilder: ”Hun (maskinen) er klar til at ramme alle, der tør røre ved sin bold. Det vides af erfaring, at denne elektrofor kan endda dræbe en tyr. Forfærdelig kraft! ”

Skaberne af St. Petersburg-giganten.

Navnene på designerne af den gigantiske maskine er kendt for os fra ordene fra den berømte fysiker Johann Bernoulli, der besøgte Petersborg i 1778. Dette er professor ved St. Petersburg Academy of Sciences Wolfgang Ludwig Kraft (1743-1814) og mekanikeren for det samme Akademi, den russiske håndværker I.P. Kulibin (1735-1818). I en af ​​de moderne bøger om elektricitet kan man læse: "I det tekniske design af induktionsmaskiner er det ikke let for selv et sofistikeret øje at skelne mellem deres enkle grundlæggende principper." Den fantastiske person var Kulibin. Han lærte engang, hvordan man laver teleskoper ikke værre end engelsk, og han polerede personligt linserne. Dette var også tilfældet med elektroforen, hvis kerne er uforståelig for mange ingeniører. Så æren ved at konstruere en gigantisk elektrofor hører helt til vores landsmænd.

Den etniske tyske V.L.Kraft kan ikke betragtes som en udlænding.Han blev født og døde i Skt. Petersborg, og i fysikens historie findes hans navn i den russiske version - Login Yuryevich. Det var ikke hans skyld, at han ikke fik lov til at arbejde inden for fysik. Catherine II identificerede ham som lærer for sine mange børnebørn, blandt hvilke var fremtidige kejsere Alexander I og Nicholas I.

Catherine II brød også sin videnskabelige karriere til St. Petersburg-akademikeren, pioner inden for elektrisk induktion F.U.T. Epinus (1724-1802), en af ​​de mest lovende specialister inden for det elektricitetsfelt. Han var forpligtet til at dekryptere den aflyttede diplomatiske korrespondance fra udlændinge i Skt. Petersborg for kejseren. Men der er ingen tvivl om, at han deltog i oprettelsen af ​​en gigantisk maskine som konsulent. Overbelastningen ved at dechiffrere diplomatiske forsendelser var så stor, at han blev alvorligt syg af en psykisk sygdom og i slutningen af ​​sit liv ikke kunne videnskab.

Denne bils skæbne er ukendt. Efter nogen ordre blev hun taget ud af Kunstkamera. Og det er måske ikke uden grund. De var bange for hende, og derfor. Det blev konstateret, at elektroforer kan arbejde uden at give ham en foreløbig afgift. For den gigantiske elektrofor var der nok let brise over den nederste pan. derefter for at få høje, dødbringende potentialer på toppen.

Hvorfor er denne artikel skrevet?

Alt det ovenstående skulle vise læseren, at det er meget let at opnå elektriske potentialer selv hjemme. At finde mulighederne for deres praktiske anvendelse er hjernen i moderne Kulibins. Mulighederne for at bruge statisk elektricitet findes sandsynligvis selv i hverdagen. Det er kun nødvendigt at blive interesseret i opfindere. Og her er to eksempler på dette.

I 40'erne af forrige århundrede udviklede patriarken af ​​sovjetiske fysikere A.F. Ioffe en elektrostatisk generator til at drive en røntgenmaskine. Generatoren var enkel og pålidelig. Derefter kom han på ideen om at overføre al landets elektriske kraftindustri til elektrostatik. Derefter bliver step-up transformere og ensrettere til transmissionslinier unødvendige. Jævnstrømstransmissioner er de mest økonomiske, jo mere forsvinder tabet under transformation. Men desværre, for en stor elektrisk kraftindustri er et sådant system umuligt til praktisk fremstilling af generatorer. Men der er også forbrugere med lav effekt, især da statiske generatorer ikke skaber magnetfelter og er meget lette i vægt.

Det vides, at tilbage i 1748. den store amerikaner B. Franklin brugte en statisk drevet motor til praktiske formål - han vendte et kalkunspyd over en ristningspande. Nu er sådanne motorer glemt, selvom de ikke har viklinger, elektrisk stål og kobber. Dette betyder, at de kan være meget pålidelige i drift. Sådanne motorer er meget lovende til rumapplikationer. Desuden lover udviklingen af ​​polymerkemi os nye dielektriske materialer.

Så du kan tænke i denne retning.

Comments

[#1 Victor]

Tak

[#2 Nøglefil]

Det kan godt være, at elektrofor er en ganske fungerende maskine.