Car - elektrofor

V létě 1814 Napoleonův vítěz All-ruský císař Alexander První navštívil nizozemské město Haarlem. Významný host byl pozván na místní akademii. Zde, jak historiograf psal, „Velký elektrický stroj nejprve přitahoval pozornost Jeho Veličenstva.“ Vyrobeno v roce 1784. auto opravdu udělalo velký dojem. Dva skleněné disky s průměrem výšky osoby se otáčely na společné ose pomocí čtyř lidí. Třecí elektřina (triboelektrika) byla dodána k dobití baterie dvou Leidenových plechovek, kondenzátorů té doby. Jiskry z nich dosáhly délky více než půl metru, o čemž byl císař přesvědčen.

Jeho reakce na tento středoevropský zázrak technologie byl více než zdrženlivý. Od dětství byl Alexander obeznámen s ještě větším strojem a dal více těchto jisker. Bylo vyrobeno. ještě dříve v roce 1777. ve své vlasti v Petrohradě to bylo jednodušší, bezpečnější a vyžadovalo méně služebníků než Holanďané. Císařovna Catherine II se za přítomnosti svých vnoučat bavila pomocí tohoto stroje elektrickými experimenty v Tsarskoye Selo. Poté byla jako vzácný exponát převezena do Petrohradu Kunstkamera, poté byla z nějakého řádu odtud odstraněna a její stopy byly ztraceny.

Alexanderovi byla ukázána technika dne před včera. Princip výroby elektřiny pomocí tření nebyl aplikován déle než 200 let, zatímco myšlenka, na níž je založen domácí stroj, je stále používána v moderních laboratořích škol a univerzit na světě. Tento princip - elektrostatická indukce - objevil a poprvé popsal v Rusku ruský akademik, jehož jméno málokdo ví, a to je nespravedlivé. Chtěl bych to připomenout současné generaci.

Proč jsi potřeboval obří auto?

Popisy děl vyrobených v Petrohradě na obrovském stroji nebyly nalezeny. Je známo, že ve stejných letech byly v přístrojové komoře Akademie věd na ostrově Vasilievsky vyráběny elektrické generátory z „kapesních“ generátorů pro zábavu a samoléčení v rodinném kruhu až po sériové pro fyzické laboratoře vědců. Proč vyrobili drahé monstrum auto? Mohu na tuto otázku odpovědět?

To je to, co náš seznam žádostí vedl.

V roce 1769 v italském městě Brescia zasáhl blesk kostel, ve sklepích, kde bylo uloženo asi 100 tun střelného prachu. Výbuch, který následoval úder, zničil část města a tisíce jeho obyvatel. Vzhledem k tomuto všeobecně známému případu se britská vláda obrátila na vědce ze své akademie, aby doporučila spolehlivou ochranu před bleskem pro své práškové skladiště. Z důvodů Královské společnosti v Londýně, mezi jejíž členy byl i americký vynálezce bleskových prutů B. Franklin, byla navržena a provedena instalace ochrany před bleskem ve skladech v anglickém Perflit.

A nyní, s pomocí moderních znalostí, nelze poskytnout 100% záruku ochrany struktur pomocí bleskových tyčí (přesněji hromosvodů). A ironicky v roce 1772. hromosvod instalovaný v souladu se všemi pravidly nechránil sklady před bleskem. „Vyklouzla“ z ochranného čepu, ale chovala se slabě a sklad nevybuchl. Tento případ způsobil hodně hluku, a to i v Rusku.

Zde v Petrohradě po dobu 15 let byla obnovena zvonice katedrály Petra a Pavla obnovená po úderu blesku v roce 1756. Když v roce 1772 Hlavní oprava věže zvonice, vedená restaurátorem architektem A. Dyakovem, byla dokončena, obrátil se na místní akademii s doporučením ochrany, „aby blesk nezpůsobil spálení špice“. 25. ledna 1773 Konference akademie nařídila profesorům Epinusovi, Kraftovi a Eulerovi, aby vyjádřili svůj názor na instalaci této ochrany.Podle dokumentů je známo, že v únoru se profesor fyziky VL Kraft obrátil na vedení akademie se žádostí „uvolnit jeden z elektrických strojů z přístrojové komory do fyzikální kanceláře“. Zjevně pro experimenty.

Je zřejmé, že Kraft musel stavitelům poskytnout specifické údaje: o materiálech vodičů, jejich průměru, materiálu a výšce vzduchového terminálu atd. Nyní je známo, že bleskové proudy dosahují stovek ampér a nábojový potenciál mraků je miliony voltů. Ale potom neexistovaly žádné volty ani ampéry, existoval pouze jeden způsob, jak vytvořit procesní model, získat data a extrapolovat je na bouřkové procesy. Kromě toho by přesnost získaných dat byla vyšší, čím více by elektrický stroj mohl implementovat podobnější skutečné bouřce. Běžný stroj nebyl dobrý: nedokázal roztavit měděný drát o milimetru tlustý. Bylo nutné najít cestu ven.

Ruští akademici poslali žádost do Londýna, ale i tam věděli jen málo o požadovaných problémech. I když sami experimentovali vytvořením „umělého mraku“ o délce více než 50 metrů a šířce půl metru. Výsledky, které obdrželi, byly protichůdné. Triboelektrický stroj se blížil ke svému finále. Pro vytvoření vysokého potenciálu je nemožné vyrobit skleněné disky o průměru například pěti metrů. Odstředivá síla při nehodě je jistě změní v tisíce fragmentů nebezpečných pro experimentátory. Pro experimenty bylo nutné vytvořit nějaký další vysokonapěťový zdroj elektřiny.

Takový případ se objevil v roce 1776, kdy byl vynalezen elektrický generátor, který byl zcela odlišný od stávajících, ale který generoval elektrické náboje v parametrech ještě vyšších než třecí stroj. Návrh byl jednoduchý, takže pro výrobu byl vydán jeho specialisty. (Obr. 1) Byly provedeny experimenty. A 8. května 1777. architekt Dyakov informoval Akademii věd o dokončení prací na bleskové tyči věže. A nyní je věž s výškou 122,5 metrů spolehlivě chráněna dodnes. Pokud však Američané, Britové a Němci znají jména svých hrdinů v boji proti blesku, pak si v ruských učebnicích o historii vědy můžeme přečíst, že V.L. experimentálně se Kraft vůbec nezajímal. “ A to je víc než spravedlivé.

Obr. 1 Velký Electrofore Kraft

3Nad know-how.

10. června 1775 italský fyzik A. Volta oznámil svůj vynález nového zdroje elektřiny: „Představuji vám tělo, které, když je elektrifikováno pouze jednou, nikdy neztrácí svou elektřinu, tvrdohlavě udržuje sílu svého působení.“ Autor nazýval toto zařízení slovy „elettroforo perpetuo“, které lze přeložit jako „elektřina proudící navždy“. Zařízení bylo před primitivismem jednoduché. Jeho jméno ve fyzické terminologii bylo redukováno na slovo „electrofore“, ale úspěch jeho aplikace byl ohromující. Nyní, aby bylo možné přijímat elektrické náboje ve velkém množství, nebylo nutné využívat služby stávajících elektrických strojů.

Volta se nepovažoval za jediného vynálezce zařízení. Jako každý velký vědec ctil zásluhy svých předchůdců. Zde jsou jeho slova: „Epinus a Wilke tuto myšlenku předvídali a objevili jev, přestože hotové zařízení nestavěli.“ Jaké to je očekávání? A příjmení Epinus se v tomto textu nachází podruhé. A to není žádná náhoda.

Profesor University of Rostock F. Epinus a jeho student I. Wilke v objevu elektřiny je jev, který se dnes nazývá elektrická indukce. Význam objevu lze vysvětlit následovně: každé tělo, které je umístěno v samotném elektrickém poli, se stává elektrickým. Později bude Epinus pozván do Ruska od roku 1757. stane se členem Petrohradské akademie věd. Zde bude žít až do konce svého života a zde bude psát své hlavní životní dílo - „Zkušenosti s teorií elektřiny a magnetismu“.Bylo vydáno v Petrohradě v roce 1759. a stal se velmi populární mezi fyziky. S touto prací jsem se seznámil a A. Volty. Zvláštní pozornost upozornil na zkušenost petrohradského akademika, kterou budeme reprodukovat níže.

Na dvě skleněné sklenice A a B je umístěna kovová tyč C v délce půl metru. Na konci této tyče jsou umístěny další dvě závaží 1 a 2 bloku (obr. 2). Pokud přinesete (aniž byste se dotkli) strouhané voskové tyčinky ze strany první závaží, můžete se ujistit, že při vyjímání malých závaží jsou nabitá. První je pozitivní, druhý je negativní elektřina. Kromě toho lze takovou operaci bez tření dalších voskových tyčinek provádět tolikrát, kolikrát budete chtít. Těsnicí vosk neklesl. V zásadě byl stroj pro nabíjení těl elektrickou energií připraven. Místo závaží bylo možné na tyč umístit jakákoli tělesa, která byla elektrifikována a elektrifikována. Proč ne věčný pohyb stroj?

Byl to prototyp Voltova elektrofóru, jehož mechanismus je velmi jednoduchý vysvětlit současníkům. Strouhaný těsnící vosk se nabíjí negativně. Vytváří elektrické pole, které působí na volné elektrony kovové tyče. Mají-li záporný náboj, jsou v baru přerozděleny tak, že se hromadí ve váze 2 a zůstávají v deficitu ve váze 1. Na konci tyče vzniká potenciální rozdíl. Může být podle libosti zlikvidována. Génia Volty byla potřebná k použití tohoto jevu v praxi a navíc ke snížení skrovných podpěr při instalaci Epinus. Volta vůbec nepoužívá závaží. Právě v okamžiku, kdy se vosk přiblíží, dotkne se prstem na konci tyče oproti vosku. Je zřejmé, že přebytečné elektrony protékaly tělem fyzika do „země“. Nyní, když byl odstraněn těsnící vosk, se ukázalo, že celá tyč byla nabita kladnou elektřinou. Na tomto principu bylo již možné vytvořit elektrický stroj výhodnější než třecí stroje. Ale nejen to byla výhoda nového vozu.

Ukazuje se, že elektrofórový stroj je schopen nejen nabít náboj, ale také mnohokrát zvýšit svůj elektrický potenciál. A Volta využil tohoto majetku, když prokázal identitu elektřiny, získané v galvanickém článku a elektřina vytvářená třením, stejně jako bleskový náboj mraku. Ukázalo se, že všechny tyto poplatky mají přesně stejnou povahu. A to bylo prokázáno elektrofórem.

Jak fungoval obrovský elektrofor?

Oválná, cínem pokrytá obrovská „pánev“ o ploše asi čtyř metrů čtverečních (!!!) byla naplněna zmrazenou taveninou pryskyřice a vosku. Ležela u základny elektrofóru. Na stojanech vyšších než dva metry, na lanech vedených bloky, visel další pánvový talíř, trochu menší. Rozměry celého stroje byly 3 x 2,5 x 1,5 metru. (Obr. 1). Odpusťte středověkému umělci grafické nedostatky. Popisná geometrie, která vám umožní zobrazit trojrozměrné výkresy v rovině, se objeví pouze v roce 1799.

Výkres jsme konkrétně zjednodušili, abychom pochopili princip stroje. (Obr. 3) Dvojice diskových pánví, které jsou od sebe izolovány hedvábnými lany, jsou vzduchový kondenzátor s proměnnou kapacitou. Připomeňme, že kapacita kondenzátoru je nepřímo úměrná vzdálenosti mezi deskami. Čím menší je vzdálenost, tím větší je kapacita a naopak. Kapacita experimentátora se změnila zvednutím a spuštěním zavěšené pánve. K odstranění nábojů byla měděná koule B připájena k horní části pohyblivé pánve pro spodní část A.

Práce elektrofóru začala excitací náboje ve spodní části pánve. Toho lze dosáhnout otřením pryskyřice běžným kožešinovým kloboukem. Tento postup byl prováděn najednou. Potom pohyblivá část elektroforu klesla na nejnižší možnou úroveň, ale nedovolila kontakt s dolní „pánví“. To se v něm děje.

Víme, že horní disk je vyroben z kovu a kovy mají krystalickou strukturu. Tyto krystaly lze považovat za mřížku pozitivních kovových iontů, jejichž buňky jsou naplněny elektrony. Tyto elektrony lze přirovnat k tomu, že se molekuly plynu pohybují nepřetržitě a jak se horní disk blíží spodnímu, záporné pole pryskyřice na záporně nabitých elektronech roste stále více. To vede ke skutečnosti, že elektrony vytlačující difuzi do horní části disku a také do pájené měděné koule C. Výsledkem je, že horní část pohyblivé „pánve" dostává přebytek elektronů s nedostatkem v dolní části. V souladu s tím jsou horní část pohyblivého disku a koule C záporně nabity a dolní část je kladná.

Pokud je dirigentská koule B nebo C nyní uzemněna, pak přebytek elektronů bude proudit od horní části „pánve“ k zemi, čímž bude neutrální, ale nedostatek elektronů ve spodní části zůstane. Ve svém elektrofóru Volta provedl tento postup dotykem prstu av obrovském, kde byl náboj velký, proudy proudící experimentátorem byly velké a mohly elektrizátor poškodit. Proto konstruktéři stroje přišli se speciální uzemňovací elektrodou, která pracovala automaticky. Při spouštění horní části pánve byla koule C v kontaktu v nejnižší poloze s uzemněnou koulí D, přes kterou elektrony proudily do země. S mírným vzestupem na horním disku byl kontakt přerušen a nedostatek elektronů se již rozšířil na celý disk. A potenciál tohoto náboje se zvyšoval s rostoucí výškou disku. Tato pravidelnost byla poprvé zaznamenána ve světové historii již v roce 1759 v Petrohradě akademikem F.U.T. Epinusem.

Obvykle to není zcela pochopeno studenty, ačkoli to není zakázáno pro žádnou osobu opakovat zážitek Epinus, a to je relativně snadné. Tuto pravidelnost lze snadno zaznamenat pomocí symbolů ve vzorci, který je v jakékoli učebnici elektrotechniky. Nedůvěra studentů ve výsledky tohoto experimentu je s největší pravděpodobností způsobena myšlenkou kondenzátoru s proměnnou kapacitou jako druhu stroje s trvalým pohybem, z něhož zvyšuje nabíjecí potenciál. Zvýšení potenciálu však přichází na úkor energie pro mechanickou práci při šíření desek. Koneckonců, kondenzátorové desky nabité opačnými náboji jsou k sobě přitahovány určitou silou, kterou je třeba překonat.

Samozřejmě je nemožné simulovat proces výboje blesku i za pomoci takového elektroforového gigantu, ale až dosud jsou vysoké potenciály nábojů fyziky získány pomocí van de graaff autakde jsou náboje dodávány do obřích dirigentských koulí mechanicky.

Nevíme o potenciálu náboje, který dostal na carském elektrofóru, ale v archivních zdrojích napsal neznámý autor: „Ona (stroj) je připravena zasáhnout každého, kdo se odváží dotknout se jejího míče. Ze zkušenosti je známo, že tento elektrofor může dokonce zabít býka. Hrozná síla! “

Tvůrci petrohradského obra.

Jména konstruktérů obřího stroje jsou nám známa ze slov slavného fyzika Johanna Bernoulliho, který navštívil Petrohrad v roce 1778. Je to profesor Petrohradské akademie věd Wolfgang Ludwig Kraft (1743-1814) a mechanik téže akademie, ruský řemeslník I. P. Kulibin (1735-1818). V jedné z moderních knih o elektřině lze číst: „V technických návrzích indukčních strojů není pro sofistikované oko snadné rozeznat jejich jednoduché základní principy.“ Úžasný člověk byl Kulibin. Nezávisle se jednou naučil, že dalekohledy nejsou horší než angličtina, a čočky osobně vyleštil. To byl také případ elektrofóru, jehož podstata je pro mnohé inženýry nepochopitelná i nyní. Čest konstrukce obrovského elektrofóru tedy náleží výhradně našim krajanům.

Etnický Němec V.L.Kraft nemůže být považován za cizince.Narodil se a zemřel v Petrohradě a v dějinách fyziky se jeho jméno nachází v ruské verzi - Login Yuryevich. Nebylo to jeho vina, že mu nebylo povoleno pracovat v oblasti fyziky. Kateřina II. Ho identifikovala jako učitelku mnoha svých vnoučat, mezi nimiž byli budoucí císaři Alexander I. a Nicholas I.

Catherine II také přerušila svou vědeckou kariéru také v petrohradské akademičce, průkopníkovi elektrické indukce F.U.T. Epinus (1724-1802), jeden z nejslibnějších odborníků v té době v oblasti elektřiny. Byl nucen dešifrovat diplomatickou korespondenci cizinců z Petrohradu pro císařovnu. Není pochyb o tom, že se podílel na tvorbě obrovského stroje jako konzultant. Přetížení v dešifrování diplomatických zásilek byla tak velká, že vážně onemocněl duševní chorobou a na konci svého života nemohl dělat vědu.

Osud tohoto auta není znám. Podle něčího rozkazu byla vyřazena z Kunstkamery. A nemusí to být bez důvodu. Báli se jí, az tohoto důvodu. Bylo zjištěno, že elektrofory mohou fungovat bez předběžného obvinění. U obřího elektroforu byl nad spodní pánví dostatek lehkého vánku. pak dostat vysoké, smrtící potenciály na vrchol.

Proč je tento článek napsán?

Vše výše uvedené by mělo čtenáři ukázat, že je velmi snadné získat elektrický potenciál i doma. Najít možnosti jejich praktické aplikace je věcí mozků moderních Kulibinů. Možnosti využití statické elektřiny pravděpodobně existují i ​​v každodenním životě. Je pouze nutné se zajímat o vynálezce. A zde jsou dva příklady.

Ve 40. letech minulého století patriarcha sovětských fyziků A.F. Ioffe vyvinul elektrostatický generátor pro napájení rentgenového stroje. Generátor byl jednoduchý a spolehlivý. Pak přišel s myšlenkou převést veškerý domácí energetický průmysl na elektrostatiku. Pak se zbytečné transformátory a usměrňovače pro přenosové vedení nepotřebují. Přenosy stejnosměrným proudem jsou nejhospodárnější, čím více ztráta během transformace zmizí. Ale bohužel, pro velký energetický průmysl je takový systém nemožný pro praktickou výrobu generátorů. Existují však i spotřebitelé s nízkým příkonem, zejména proto, že statické generátory nevytvářejí magnetická pole a mají velmi nízkou hmotnost.

Je známo, že již v roce 1748. velký Američan B. Franklin používal pro praktické účely staticky poháněný motor - otočil krůtí špíz přes pekáč. Nyní jsou tyto motory zapomenuté, i když nemají vinutí, elektrickou ocel a měď. To znamená, že mohou být při provozu velmi spolehlivé. Takové motory jsou velmi nadějné pro vesmírné aplikace. Navíc vývoj chemie polymerů slibuje nové dielektrické materiály.

Takže můžete myslet tímto směrem.