Zar - Elektrophor

Im Sommer 1814 Napoleons Sieger Allrussischer Kaiser Alexander der Erste besuchte die niederländische Stadt Haarlem. Der angesehene Gast wurde in die örtliche Akademie eingeladen. Hier schrieb der Historiker: "Die große elektrische Maschine hat zuallererst die Aufmerksamkeit Seiner Majestät auf sich gezogen." Hergestellt im Jahre 1784. Das Auto machte wirklich einen großen Eindruck. Zwei Glasscheiben mit einem Durchmesser von der Größe einer Person, die von vier Personen um eine gemeinsame Achse gedreht wurden. Reibungsstrom (Triboelektrizität) wurde zugeführt, um die Batterie von Leiden-Dosen mit zwei Eimern, Kondensatoren dieser Zeit, aufzuladen. Die Funken von ihnen erreichten eine Länge von mehr als einem halben Meter, von der der Kaiser überzeugt war.

Seine Reaktion auf dieses mitteleuropäische Technologiewunder war mehr als zurückhaltend. Alexander war von Kindheit an mit einer noch größeren Maschine vertraut, die mehr Funken gab. Es wurde gemacht. noch früher im Jahr 1777. In seiner Heimat in St. Petersburg war es einfacher, sicherer und erforderte weniger Bedienstete als die Holländer. Kaiserin Katharina II. Unterhielt sich in Gegenwart ihrer Enkelkinder mit Hilfe dieser Maschine durch elektrische Experimente in Zarskoje Selo. Dann wurde sie als seltenes Exponat in die Kunstkamera von St. Petersburg überführt, dann wurde sie auf Befehl von dort weggebracht und ihre Spuren gingen verloren.

Alexander wurde die Technik des Vortages gezeigt. Das Prinzip der Stromerzeugung durch Reibung wird seit mehr als 200 Jahren nicht mehr angewendet, während die der Haushaltsmaschine zugrunde liegende Idee in modernen Labors von Schulen und Universitäten weltweit immer noch verwendet wird. Dieses Prinzip - elektrostatische Induktion - wurde in Russland von dem russischen Akademiker entdeckt und erstmals beschrieben, dessen Namen nur wenige Menschen kennen, und das ist unfair. Daran möchte ich die aktuelle Generation erinnern.

Warum brauchst du ein riesiges Auto?

Beschreibungen von Arbeiten, die in St. Petersburg auf einer riesigen Maschine hergestellt wurden, wurden nicht gefunden. Es ist bekannt, dass in den gleichen Jahren in der Instrumentenkammer der Akademie der Wissenschaften auf der Insel Wassiljewski elektrische Generatoren von "Taschen" -Generatoren zur Unterhaltung und Selbstbehandlung im Familienkreis bis zu Seriengeneratoren für physikalische Laboratorien von Wissenschaftlern hergestellt wurden. Warum haben sie ein teures Monsterauto gebaut? Kann ich diese Frage beantworten?

Dazu führte unsere Fahndungsliste.

Im Jahr 1769 In der italienischen Stadt Brescia traf ein Blitz eine Kirche, in deren Kellern etwa 100 Tonnen Schießpulver gelagert wurden. Die Explosion nach dem Schlag zerstörte einen Teil der Stadt und Tausende ihrer Einwohner. Angesichts dieses weithin bekannten Falls wandte sich die britische Regierung an Wissenschaftler ihrer Akademie, um einen zuverlässigen Blitzschutz für ihre Pulverdepots zu empfehlen. Aus Gründen der Royal Society of London, zu deren Mitgliedern auch ein amerikanischer Blitzableiter-Erfinder B. Franklin gehörte, wurde eine Blitzschutzanlage vorgeschlagen und in Lagern in Perflit in England durchgeführt.

Und jetzt ist es mit Hilfe des modernen Wissens unmöglich, mit Hilfe von Blitzableitern (genauer gesagt Blitzableitern) eine 100% ige Garantie für den Schutz von Bauwerken zu geben. Und ironischerweise 1772. Der gemäß allen Regeln installierte Blitzableiter schützte die Lager nicht vor Blitzschlag. Sie „rutschte“ aus der Schutznadel, verhielt sich aber schwach und das Lagerhaus explodierte nicht. Dieser Fall machte viel Lärm, auch in Russland.

Hier in St. Petersburg wurde 15 Jahre lang der Glockenturm der Peter-und-Paul-Kathedrale restauriert, der nach einem Blitzschlag im Jahr 1756 niederbrannte. Als im Jahr 1772 Die Hauptreparatur des Glockenturms unter der Leitung des Restaurierungsarchitekten A. Dyakov wurde abgeschlossen. Er wandte sich mit einer Empfehlung zum Schutz an die örtliche Akademie, „damit ein Blitz keinen Blitz zum Brennen bringt“. 25. Januar 1773 Die Akademiekonferenz wies die Professoren Epinus, Kraft und Euler an, ihre Ansichten zur Installation dieses Schutzes zu äußern.Unterlagen zufolge ist bekannt, dass sich der Professor für Physik VL Kraft im Februar an die Leitung der Akademie wandte, um „eine der elektrischen Maschinen aus der Instrumentenkammer an das Physikbüro abzugeben“. Anscheinend für Experimente ..

Es ist klar, dass Kraft den Bauherren spezifische Daten geben musste: über die Materialien der Leiter, deren Durchmesser, Material und Höhe des Luftanschlusses usw. Es ist jetzt bekannt, dass Blitzströme Hunderte von Ampere erreichen und das Ladungspotential von Wolken Millionen von Volt beträgt. Aber dann gab es keine Volt oder Ampere, es gab nur einen Weg, ein Prozessmodell zu erstellen, Daten zu erhalten und sie auf Gewitterprozesse zu extrapolieren. Darüber hinaus wäre die Genauigkeit der erhaltenen Daten umso höher, je elektrischer eine Maschine ein ähnliches Gewitter implementieren könnte. Eine gewöhnliche Maschine war nicht gut: Sie konnte einen Millimeter dicken Kupferdraht nicht schmelzen. Es war notwendig, einen Ausweg zu finden.

Russische Wissenschaftler schickten eine Anfrage nach London, aber selbst dort wussten sie wenig über die angeforderten Probleme. Obwohl sie selbst experimentiert haben, indem sie eine „künstliche Wolke“ von mehr als 50 Metern Länge und einem halben Meter Breite erzeugt haben. Die Ergebnisse waren widersprüchlich. Die triboelektrische Maschine näherte sich ihrem Finale. Um hohe Potentiale zu erzeugen, ist es unmöglich, Glasscheiben mit einem Durchmesser von beispielsweise fünf Metern herzustellen. Die Zentrifugalkraft bei einem Unfall wird sie sicherlich in Tausende von Fragmenten verwandeln, die für Experimentatoren gefährlich sind. Für Experimente musste eine andere Hochspannungsstromquelle geschaffen werden.

Ein solcher Fall trat 1776 auf, als ein elektrischer Generator erfunden wurde, der sich völlig von den bestehenden unterschied, aber elektrische Ladungen in Parametern erzeugte, die noch höher waren als bei einer Reibungsmaschine. Das Design war einfach, so dass es für die Herstellung von seinen Spezialisten abgegeben wurde (Abb. 1). Die Experimente wurden durchgeführt. Und am 8. Mai 1777. Der Architekt Dyakov informierte die Akademie der Wissenschaften über den Abschluss der Arbeiten am Blitzableiter des Turmes. Und jetzt steht der Turm mit einer Höhe von 122,5 Metern bis heute zuverlässig geschützt. Aber wenn Amerikaner, Briten und Deutsche die Namen ihrer Helden im Kampf gegen den Blitz kennen, dann kann in russischen Lehrbüchern zur Wissenschaftsgeschichte gelesen werden, dass V.L. Kraft war experimentell überhaupt nicht interessiert. “ Und das ist mehr als fair.

Abb. 1 große Elektrophorenkraft

3Über Know-how.

10. Juni 1775 Der italienische Physiker A. Volta kündigte seine Erfindung einer neuen Elektrizitätsquelle an: „Ich präsentiere Ihnen einen Körper, der, wenn er nur einmal elektrifiziert wird, niemals seine Elektrizität verliert und die Stärke seiner Wirkung hartnäckig beibehält.“ Der Autor nannte dieses Gerät die Worte "elettroforo Perpetuo", was übersetzt werden könnte als "Strom fließt für immer". Das Gerät war vor dem Primitivismus einfach. Sein Name in der physikalischen Terminologie wurde auf das Wort "Elektrophor" reduziert, aber der Erfolg seiner Anwendung war überwältigend. Um elektrische Ladungen in großen Mengen zu erhalten, war es nun nicht mehr erforderlich, die Dienste bestehender elektrischer Maschinen in Anspruch zu nehmen.

Volta betrachtete sich nicht als alleinigen Erfinder des Geräts. Wie jeder große Wissenschaftler ehrte er die Verdienste seiner Vorgänger. Hier sind seine Worte: "Epinus und Wilke haben diese Idee vorweggenommen und das Phänomen entdeckt, obwohl sie das fertige Gerät nicht konstruiert haben." Was ist das für eine Vorfreude? Und der Familienname Epinus kommt in diesem Text zum zweiten Mal vor. Und das ist kein Zufall.

Professor an der Universität Rostock F. Epinus und sein Student I. Wilke in der Stromentdeckung sind ein Phänomen, das heute als elektrische Induktion bezeichnet wird. Die Bedeutung der Entdeckung kann wie folgt erklärt werden: Jeder Körper, der sich in einem elektrischen Feld befindet, wird selbst elektrisch. Später wird Epinus ab 1757 nach Russland eingeladen. Er wird Mitglied der St. Petersburg Academy of Sciences. Hier wird er bis zum Ende seines Lebens leben, und hier wird er sein Hauptwerk des Lebens schreiben - "Erfahrung in der Theorie der Elektrizität und des Magnetismus".Es wurde 1759 in St. Petersburg veröffentlicht. und wurde unter Physikern sehr beliebt. Ich habe diese Arbeit und A. Volta kennengelernt. Er machte besonders auf die Erfahrungen des St. Petersburger Akademikers aufmerksam, die wir im Folgenden wiedergeben werden.

Auf zwei Glasgläsern A und B ist eine Metallstange C in einer Länge von einem halben Meter installiert. An den Enden dieser Stange befinden sich zwei weitere Blockgewichte 1 und 2 (Abb. 2). Wenn Sie den geriebenen Wachsstab von der Seite des ersten Gewichts bringen (ohne ihn zu berühren), können Sie beim Entfernen der kleinen Gewichte sicherstellen, dass sie aufgeladen sind. Der erste ist positiv, der zweite ist negative Elektrizität. Darüber hinaus kann eine solche Operation ohne Reiben weiterer Wachsstifte so oft durchgeführt werden, wie Sie möchten. Das Siegellack nahm nicht ab. Im Prinzip war eine Maschine zum Laden von Körpern mit Elektrizität bereit. Es war möglich, anstelle von Gewichten alle zu elektrifizierenden Körper auf eine Stange zu legen und zu elektrifizieren. Warum nicht eine Perpetual Motion Maschine?

Es war ein Prototyp von Voltas Elektrophor, dessen Mechanismus Zeitgenossen sehr einfach zu erklären ist. Geriebenes Siegellack ist negativ geladen. Es erzeugt ein elektrisches Feld, das auf die freien Elektronen eines Metallstabs wirkt. Bei einer negativen Ladung werden sie in der Stange so umverteilt, dass sie sich im Gewicht 2 ansammeln und im Gewicht 1 defizitär bleiben. Die Potentialdifferenz entsteht an den Enden der Stange. Sie kann nach Belieben entsorgt werden. Das Genie von Volta wurde benötigt, um dieses Phänomen in der Praxis zu nutzen und darüber hinaus die mageren Requisiten bei der Installation von Epinus zu reduzieren. Volta verwendet überhaupt keine Gewichte. Gerade als er das Wachs für eine Sekunde bringt, berührt er mit dem Finger das Ende des Balkens gegenüber dem Wachs. Es ist klar, dass überschüssige Elektronen durch den Körper des Physikers in die „Erde“ flossen. Als nun das Siegellack entfernt wurde, stellte sich heraus, dass der gesamte Stab mit positiver Elektrizität aufgeladen war. Nach diesem Prinzip war es bereits möglich, eine elektrische Maschine zu schaffen, die bequemer als Reibungsmaschinen ist. Aber nicht nur das war der Vorteil des neuen Autos.

Es stellt sich heraus, dass eine Elektrophorenmaschine nicht nur eine Ladung aufnehmen, sondern auch ihr elektrisches Potential um ein Vielfaches erhöhen kann. Und Volta nutzte diese Eigenschaft, als er die Identität von Elektrizität bewies. in einer galvanischen Zelle erhalten und durch Reibung erzeugte Elektrizität sowie die Blitzladung der Wolke. Alle diese Anschuldigungen erwiesen sich als genau gleich. Und es wurde durch Elektrophor bewiesen.

Wie hat der Riesenelektrophor funktioniert?

Eine ovale, mit Zinn bedeckte riesige "Pfanne" mit einer Fläche von etwa vier Quadratmetern (!!!) wurde mit einer gefrorenen Schmelze aus Harz und Wachs gefüllt. Sie lag am Fuß des Elektrophors. Darauf, auf mehr als zwei Meter hohen Gestellen, an Seilen, die durch die Blöcke führten, hing eine etwas kleinere Bratpfanne. Die Abmessungen der gesamten Maschine betrugen 3 x 2,5 x 1,5 Meter. (Abb. 1). Vergib den Grafikfehlern des mittelalterlichen Künstlers. Eine beschreibende Geometrie, mit der Sie dreidimensionale Zeichnungen in einer Ebene darstellen können, wird erst 1799 angezeigt.

Wir haben die Zeichnung speziell vereinfacht, um das Prinzip der Maschine zu verstehen. (Abb. 3) Ein Paar Scheibenpfannen, die mit Seidenseilen voneinander isoliert sind, sind Luftkondensatoren mit variabler Kapazität. Denken Sie daran, dass die Kapazität eines Kondensators umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den Platten ist. Je kleiner der Abstand, desto größer die Kapazität und umgekehrt. Die Kapazität des Experimentators wurde durch Anheben und Absenken der hängenden Pfanne geändert. Um Ladungen zu entfernen, wurde eine Kupferkugel B für den unteren Teil A in den oberen Teil der beweglichen Pfanne gelötet.

Die Arbeit des Elektrophors begann mit der Anregung einer Ladung in der unteren "Pfanne". Dies könnte durch Reiben des Harzes mit einer gewöhnlichen Pelzmütze erfolgen. Dieses Verfahren wurde zu einem Zeitpunkt durchgeführt. Dann fiel der bewegliche Teil des Elektrophors so tief wie möglich ab, erlaubte jedoch keinen Kontakt mit der unteren "Pfanne". Das passiert darin.

Wir wissen, dass die obere Scheibe aus Metall besteht und die Metalle eine kristalline Struktur haben. Diese Kristalle können als Gitter positiver Metallionen betrachtet werden, deren Zellen mit Elektronen gefüllt sind. Diese Elektronen können mit Gasmolekülen verglichen werden, die sich kontinuierlich bewegen. Wenn sich die obere Scheibe der unteren nähert, nimmt das negative Feld des Harzes bei negativ geladenen Elektronen immer mehr zu. Dies führt dazu, dass die herausdrückenden Elektronen in den oberen Teil der Scheibe und auch in die gelötete Kupferkugel C diffundieren. Infolgedessen erhält der obere Teil der sich bewegenden "Bratpfanne" einen Überschuss an Elektronen mit einem Mangel im unteren. Dementsprechend sind der obere Teil der beweglichen Scheibe und die Kugel C negativ geladen und der untere Teil ist positiv.

Wenn die Leiterkugel B oder C jetzt geerdet ist, fließt der Überschuss an Elektronen von der Oberseite der „Pfanne“ zur Erde, wodurch sie neutral wird, aber der Mangel an Elektronen im Boden bleibt bestehen. In seinem Elektrophor führte Volta diesen Vorgang mit einem Fingerdruck durch, und in dem riesigen Verfahren, in dem die Ladung groß war, waren die durch den Experimentator fließenden Ströme groß und konnten den Elektriker verletzen. Aus diesem Grund haben die Konstrukteure der Maschine eine spezielle Masseelektrode entwickelt, die automatisch funktioniert. Beim Absenken der Oberseite der Pfanne befand sich die Kugel C in der niedrigsten Position in Kontakt mit der geerdeten Kugel D, durch die Elektronen in den Boden flossen. Mit einem leichten Anstieg der oberen Scheibe wurde der Kontakt unterbrochen und der Mangel an Elektronen breitete sich bereits auf die gesamte Scheibe aus. Und das Potential dieser Ladung nahm mit zunehmender Höhe der Platte zu. Diese Regelmäßigkeit wurde erstmals 1759 in der Weltgeschichte vom St. Petersburger Akademiker F.U.T. Epinus bemerkt.

Normalerweise wird es von den Schülern nicht vollständig verstanden, obwohl es niemandem verboten ist, die Erfahrung von Epinus zu wiederholen, und dies ist relativ einfach zu tun. Diese Regelmäßigkeit lässt sich leicht durch Symbole in der Formel erfassen, die in jedem Lehrbuch der Elektrotechnik enthalten ist. Das Misstrauen der Schüler gegenüber den Ergebnissen dieses Experiments wird höchstwahrscheinlich durch die Idee eines Kondensators mit variabler Kapazität als eine Art Perpetual-Motion-Maschine verursacht, mit der das Ladungspotential erhöht wird. Die Erhöhung des Potenzials geht jedoch zu Lasten der Energiekosten für die mechanische Arbeit des Ausbreitens der Platten. Schließlich werden die mit entgegengesetzten Ladungen geladenen Kondensatorplatten mit einer bestimmten Kraft, die überwunden werden muss, voneinander angezogen.

Natürlich ist es unmöglich, den Prozess einer Blitzentladung selbst mit Hilfe eines solchen Elektrophorenriesen zu simulieren, aber bis jetzt werden hohe Ladungspotentiale der Physik mit verwendet van de graaff Autoswo die Ladungen mechanisch an riesige Leiterkugeln geliefert werden.

Wir kennen das Potenzial der Anklage beim Zarenelektrophor nicht, aber ein unbekannter Autor schrieb in Archivquellen: „Sie (die Maschine) ist bereit, jeden zu schlagen, der es wagt, ihren Ball zu berühren. Aus Erfahrung ist bekannt, dass dieser Elektrophor sogar einen Stier töten kann. Schreckliche Kraft! "

Die Schöpfer des St. Petersburger Riesen.

Die Namen der Konstrukteure der Riesenmaschine sind uns aus den Worten des berühmten Physikers Johann Bernoulli bekannt, der 1778 Petersburg besuchte. Dies ist Professor der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften Wolfgang Ludwig Kraft (1743-1814) und der Mechaniker derselben Akademie, der russische Handwerker I.P. Kulibin (1735-1818). In einem der modernen Bücher über Elektrizität kann man lesen: „In den technischen Konstruktionen von Induktionsmaschinen ist es selbst für ein anspruchsvolles Auge nicht einfach, ihre einfachen Grundprinzipien zu erkennen.“ Die erstaunliche Person war Kulibin. Er lernte selbständig einmal, Teleskope nicht schlechter als Englisch zu machen, und polierte die Linsen persönlich. Dies war auch beim Elektrophor der Fall, dessen Wesen vielen Ingenieuren bis heute unverständlich ist. Die Ehre, einen riesigen Elektrophor zu bauen, liegt also ganz bei unseren Landsleuten.

Das ethnisch deutsche V.L.Kraft kann nicht als Ausländer angesehen werden.Er wurde in St. Petersburg geboren und starb in der Geschichte der Physik. Sein Name ist in der russischen Version zu finden - Login Yuryevich. Es war nicht seine Schuld, dass er nicht auf dem Gebiet der Physik arbeiten durfte. Katharina II. Identifizierte ihn als Lehrer ihrer vielen Enkelkinder, darunter die zukünftigen Kaiser Alexander I. und Nikolaus I.

Katharina II. Brach auch ihre wissenschaftliche Karriere bei der St. Petersburger Akademikerin, Pionierin der elektrischen Induktion F.U.T. Epinus (1724-1802), einer der vielversprechendsten Spezialisten auf dem Gebiet der Elektrizität dieser Zeit. Er war verpflichtet, die abgefangene diplomatische Korrespondenz von Ausländern von St. Petersburg für die Kaiserin zu entschlüsseln. Es besteht jedoch kein Zweifel, dass er als Berater an der Schaffung einer riesigen Maschine beteiligt war. Die Überlastungen bei der Entschlüsselung diplomatischer Sendungen waren so groß, dass er schwer an einer Geisteskrankheit erkrankte und am Ende seines Lebens keine Wissenschaft mehr betreiben konnte.

Das Schicksal dieses Autos ist unbekannt. Auf Befehl von jemandem wurde sie aus der Kunstkamera genommen. Und es kann nicht ohne Grund sein. Sie hatten Angst vor ihr und aus diesem Grund. Es wurde festgestellt, dass Elektrophoren ohne Vorladung funktionieren können. Für den riesigen Elektrophor wehte genug leichte Brise über der unteren Pfanne. dann, um hohe, tödliche Potentiale an die Spitze zu bekommen.

Warum ist dieser Artikel geschrieben?

All dies sollte dem Leser zeigen, dass es sehr einfach ist, elektrische Potentiale auch zu Hause zu erhalten. Die Möglichkeiten ihrer praktischen Anwendung zu finden, ist eine Frage des Gehirns moderner Kulibins. Die Möglichkeiten der Verwendung statischer Elektrizität bestehen wahrscheinlich auch im Alltag. Es ist nur notwendig, sich für Erfinder zu interessieren. Und hier sind zwei Beispiele dafür.

In den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelte der Patriarch der sowjetischen Physiker A. F. Ioffe einen elektrostatischen Generator für die Stromversorgung eines Röntgengeräts. Der Generator war einfach und zuverlässig. Dann kam ihm die Idee, die gesamte Elektroindustrie des Landes auf Elektrostatik umzustellen. Dann werden Aufwärtstransformatoren und Gleichrichter für Übertragungsleitungen unnötig. Gleichstromübertragungen sind am wirtschaftlichsten, je mehr der Verlust während der Transformation verschwindet. Leider ist ein solches System für eine große Elektroindustrie für die praktische Herstellung von Generatoren unmöglich. Es gibt aber auch Verbraucher mit geringem Stromverbrauch, zumal statische Generatoren keine Magnetfelder erzeugen und sehr leicht sind.

Es ist bekannt, dass bereits im Jahr 1748. Der große Amerikaner B. Franklin benutzte aus praktischen Gründen einen statisch angetriebenen Motor - er drehte einen Truthahnspieß über eine Bratpfanne. Jetzt sind solche Motoren vergessen, obwohl sie keine Wicklungen, Elektrostahl und Kupfer haben. Dies bedeutet, dass sie im Betrieb sehr zuverlässig sein können. Solche Motoren sind für Weltraumanwendungen sehr vielversprechend. Darüber hinaus verspricht uns die Entwicklung der Polymerchemie neue dielektrische Materialien.

Sie können also in diese Richtung denken.