Tsar - elektropore

Pada musim panas tahun 1814 Pemenang Napoleon All-Russian Emperor Alexander the First melawat bandar Haarlem Belanda. Tetamu yang terkenal itu dijemput ke akademi tempatan. Di sini, seperti yang ditulis oleh historiographer, "Mesin elektrik besar yang pertama sekali menarik perhatian Kebawah Duli Yang Maha Mulia Paduka Seri Baginda." Dibuat pada tahun 1784. kereta itu benar-benar membuat kesan yang besar. Dua cakera kaca dengan garis pusat ketinggian seseorang berputar pada paksi umum dengan usaha empat orang. Elektrik geseran (triboelektrik) dibekalkan untuk mengecas bateri dua tin Leiden, kapasitor pada masa itu. Sparks dari mereka mencapai panjang lebih daripada setengah meter, yang maharaja yakin.

Reaksi beliau terhadap keajaiban teknologi Central Europe ini lebih daripada sekadar dihalang. Dari zaman kanak-kanak, Alexander sudah biasa dengan mesin yang lebih besar, dan ia memberi lebih banyak percikan api ini. Ia dibuat. lebih awal pada tahun 1777. di tanah airnya di St Petersburg, ia lebih mudah, lebih selamat dan memerlukan kurang hamba daripada Belanda. Empress Catherine II di hadapan cucu-cucunya telah melayan dirinya dengan bantuan mesin ini oleh eksperimen elektrik di Tsarskoye Selo. Kemudian dia, sebagai pameran yang jarang ditemui, telah dipindahkan ke St Petersburg Kunstkamera, kemudian, dengan beberapa perintah, dia dibawa keluar dari sana dan kesannya hilang.

Alexander telah ditunjukkan teknik hari sebelum semalam. Prinsip menjana elektrik menggunakan geseran belum digunakan lebih dari 200 tahun, sedangkan idea yang mendasari mesin domestik masih digunakan dalam makmal moden sekolah dan universiti di dunia. Prinsip ini - induksi elektrostatik - telah dijumpai dan pertama kali diterangkan di Rusia oleh ahli akademik Rusia, yang namanya kurang dikenali orang, dan ini tidak adil. Saya ingin mengingatkan perkara ini kepada generasi sekarang.

Mengapa anda memerlukan sebuah kereta gergasi?

Keterangan karya yang dihasilkan di St Petersburg pada mesin raksasa tidak dijumpai. Adalah diketahui bahawa pada tahun-tahun yang sama di Dewan Instrumen Akademi Sains di penjana elektrik Vasilievsky Island dihasilkan dari penjana "poket" untuk hiburan dan rawatan diri dalam kalangan keluarga, yang bersiri untuk makmal fizikal saintis. Kenapa mereka membuat kereta raksasa yang mahal? Bolehkah saya menjawab soalan ini?

Ini adalah senarai yang dikehendaki oleh kami.

Pada tahun 1769 di bandar Brescia, Itali, petir menyerang gereja, di dalam bilik bawah tanah yang mana kira-kira 100 tan serbuk mesiu disimpan. Letupan yang menyusuli tamparan menghancurkan sebahagian daripada bandar dan beribu-ribu penduduknya. Memandangkan kes ini diketahui umum, kerajaan British berpaling kepada saintis daripada akademinya untuk mengesyorkan perlindungan kilat yang boleh dipercayai untuk depot serbuknya. Atas alasan Royal Society of London, di kalangan anggotanya terdapat juga pencipta rod kilat Amerika B. Franklin, pemasangan perlindungan kilat dicadangkan dan dilaksanakan di gudang di Perflit di England.

Dan sekarang, dengan bantuan pengetahuan moden, seseorang tidak dapat memberi jaminan 100% perlindungan struktur dengan bantuan rod kilat (rod kilat yang lebih tepat). Dan ironisnya pada tahun 1772. tongkat kilat yang dipasang mengikut semua peraturan tidak melindungi gudang dari kilat. Dia "tergelincir" dari pin perlindungan, tetapi bertindak lemah dan gudang tidak meletup. Kes ini membuat banyak bunyi, termasuk di Rusia.

Disini di St. Petersburg selama 15 tahun menara lonceng Peter dan Paul Cathedral telah dipulihkan, yang dibakar selepas mogok kilat pada tahun 1756. Apabila pada tahun 1772 Pembaikan utama menara loceng lonceng, yang dipimpin oleh arkitek pemulihan A. Dyakov, telah selesai, dia berpaling kepada akademi tempatan dengan cadangan untuk perlindungan, "supaya kilat tidak akan menyebabkan terbakar." 25 Januari 1773 Persidangan Akademi mengarahkan profesor Epinus, Kraft dan Euler untuk menyatakan pandangan mereka tentang cara memasang perlindungan ini.Menurut dokumen, diketahui bahawa pada Februari profesor fizik VL Kraft berpaling kepada kepimpinan akademi dengan permintaan "untuk melepaskan salah satu mesin elektrik dari Dewan Instrumen ke pejabat fizik". Rupa-rupanya untuk eksperimen ..

Sudah jelas bahawa Kraft terpaksa memberikan pembina data khusus: pada bahan konduktor, diameter, bahan dan ketinggian terminal udara, dll. Kini diketahui bahawa arus kilat mencapai beratus-ratus amperes, dan potensi awan awan adalah berjuta-juta volt. Tetapi tidak ada volt atau amperes, hanya ada satu cara untuk mencipta model proses, mendapatkan data, dan mengekstrapasi mereka ke proses ribut petir. Selain itu, ketepatan data yang diperoleh akan menjadi lebih tinggi, lebih banyak mesin elektrik boleh melaksanakan yang lebih mirip dengan ribut petir yang sebenar. Mesin biasa tidak baik: ia tidak boleh mencairkan kawat tembaga satu milimeter tebal. Ia perlu mencari jalan keluar.

Akademi Rusia menghantar permintaan ke London, tetapi di sana mereka tahu sedikit tentang masalah yang diminta. Walaupun mereka sendiri bereksperimen dengan mewujudkan "awan buatan" lebih daripada 50 meter panjang dan setengah meter lebar. Hasil yang mereka terima adalah bertentangan. Mesin triboelektrik semakin hampir. Untuk mencipta potensi yang tinggi, adalah mustahil untuk membuat cakera kaca dengan diameter, contohnya, lima meter. Daya empar dalam kemalangan pasti akan menjadikannya ribuan serpihan yang berbahaya bagi penguji. Ia adalah perlu untuk mewujudkan sumber tenaga elektrik yang lain untuk eksperimen.

Kes seperti itu muncul pada tahun 1776, apabila penjana elektrik dicipta, yang sama sekali berbeza dengan yang sedia ada, tetapi yang menghasilkan caj elektrik dalam parameter yang lebih tinggi daripada mesin geseran. Reka bentuknya adalah mudah, jadi untuk pembuatan ia dibekalkan oleh pakarnya (Rajah 1) Eksperimen dilakukan. Dan pada 8 Mei 1777. arkitek Dyakov memaklumkan kepada Akademi Ilmu mengenai penyelesaian kerja pada tongkat kilat dari sarang. Dan kini torehan dengan ketinggian 122.5 meter dipercayai selamat dilindungi setakat ini. Tetapi, jika Amerika, Inggeris dan Jerman tahu nama-nama wira mereka dalam perjuangan menentang kilat, maka dalam buku teks Rusia mengenai sejarah sains, seseorang dapat membaca bahawa V.L. eksperimen, Kraft tidak sama sekali berminat. " Dan ini lebih adil.

Rajah. 1 Besar Electrophore Kraft

3Di atas pengetahuan.

10 Jun 1775 ahli fizik Itali A. Volta mengumumkan penemuannya tentang sumber tenaga baru: "Saya membentangkan kepada anda sebuah badan yang, hanya sekali sahaja yang berkuasa, tidak pernah kehilangan elektriknya, dengan tegas mengekalkan kekuatan tindakannya." Penulis memanggil peranti ini perkataan "elettroforo perpetuo", yang boleh diterjemahkan sebagai "elektrik yang mengalir selama-lamanya". Peranti itu mudah sebelum primitivisme. Namanya dalam istilah fizikal telah dikurangkan kepada perkataan "electrophore", tetapi kejayaan permohonannya sangat menggembirakan. Kini, untuk menerima caj elektrik dalam kuantiti yang banyak, tidak perlu menggunakan perkhidmatan mesin elektrik sedia ada.

Volta tidak menganggap dirinya pencipta tunggal peranti itu. Seperti setiap saintis yang hebat, dia menghormati kebaikan pendahulunya. Berikut adalah kata-kata beliau: "Epinus dan Wilke menjangka idea ini dan menemui fenomena ini, walaupun mereka tidak membina peranti siap." Apakah jenis jangkaannya? Dan nama keluarga Epinus ditemui dalam teks ini buat kali kedua. Dan ini bukan kemalangan.

Profesor Universiti Rostock F. Epinus dan pelajarnya I. Wilke dalam penemuan elektrik adalah fenomena yang kini dikenali sebagai induksi elektrik. Makna penemuan ini boleh dijelaskan seperti berikut: setiap badan yang diletakkan di dalam medan elektrik itu sendiri menjadi elektrik. Kemudian, Epinus akan dijemput ke Rusia dari tahun 1757. dia akan menjadi ahli Akademi Sains St. Petersburg. Di sini ia akan hidup sehingga akhir hayatnya, dan di sini dia akan menulis karya utama hidupnya - "Pengalaman dalam teori elektrik dan kemagnetan."Ia telah diterbitkan di St. Petersburg pada tahun 1759. dan menjadi sangat popular di kalangan ahli fizik. Saya mengenali kerja ini dan A. Volta. Dia menarik perhatian khusus terhadap pengalaman ahli akademik St. Petersburg, yang akan kami hasilkan semula di bawah.

Pada dua gelas kaca A dan B, bar logam C dipasang dalam jarak setengah meter. Di hujung bar ini, dua lagi blok 1 dan 2 diletakkan (Rajah 2). Jika anda membawa (tanpa menyentuh) tongkat lilin parut dari sisi berat pertama, anda boleh memastikan apabila mengeluarkan bebola kecil yang dikenakan. Yang pertama adalah positif, yang kedua ialah elektrik negatif. Lebih-lebih lagi, operasi seperti tanpa mengusap lebih banyak batang lilin boleh dilakukan seberapa banyak yang anda suka. Lilin pengedap tidak berkurang. Pada dasarnya, mesin untuk mengecas badan dengan elektrik telah siap. Ia mungkin bukannya berat untuk meletakkan pada mana-mana badan untuk elektrik dan untuk memancarkannya. Kenapa bukan mesin gerakan kekal?

Ia adalah prototaip elektropore Volta, mekanisme yang sangat mudah dijelaskan kepada sezaman. Lilin pengedap pai dikenakan secara negatif. Ia mewujudkan medan elektrik yang bertindak pada elektron bebas bar logam. Memiliki caj negatif, mereka diagihkan semula ke dalam bar dengan cara yang mereka terkumpul dalam berat 2 dan kekal dalam defisit dalam berat 1. Perbezaan potensi timbul di hujung bar. Dia boleh dilupuskan mengikut kehendaknya. Genius Volta diperlukan untuk menggunakan fenomena ini dalam praktik dan bahkan, lebih-lebih lagi, untuk mengurangkan prop yang sedikit dalam pemasangan Epinus. Volta tidak menggunakan berat sama sekali. Hanya pada waktu membawa lilin itu, untuk satu saat, dia menyentuh hujung bar bertentangan dengan lilin dengan jarinya. Sudah jelas bahawa elektron yang berlebihan mengalir melalui badan fizik ke dalam "bumi". Kini, apabila lilin pengedap dikeluarkan, seluruh bar ternyata dicas dengan elektrik positif. Pada prinsip ini, sudah mungkin membuat mesin elektrik lebih mudah daripada mesin geseran. Tetapi bukan sahaja ini adalah kelebihan kereta baru.

Ternyata mesin elektropore mampu bukan sahaja memperolehi caj, tetapi juga meningkatkan potensi elektriknya berkali-kali. Dan Volta memanfaatkan harta ini apabila dia membuktikan identiti elektrik, diperolehi dalam sel galvanik dan elektrik yang dihasilkan oleh geseran, serta caj kilat awan. Semua caj ini ternyata mempunyai sifat yang sama. Dan ia telah dibuktikan oleh elektropore.

Bagaimanakah kerja elektropore gergasi berfungsi?

Satu "panci" yang dibalut dengan timah, dengan keluasan kira-kira empat meter persegi (!!!) dipenuhi dengan peleburan resin dan lilin beku. Dia meletakkan di dasar elektropore. Di atasnya, pada rak lebih daripada dua meter tinggi, di atas tali dilalui blok, satu lagi cakera goreng digantung, sedikit lebih kecil. Dimensi seluruh mesin adalah 3 x 2.5 x 1.5 meter. (Rajah 1). Ampunkan kelemahan grafik artis abad pertengahan. Geometri deskriptif yang membolehkan anda untuk menggambarkan lukisan tiga dimensi pada satah akan muncul hanya pada tahun 1799.

Kami secara khusus mempermudahkan lukisan untuk memahami prinsip mesin itu. (Gambarajah 3) Sepasang cakera cakera, yang dilindungi dengan tali sutera antara satu sama lain, adalah sebuah kondenser udara kapasiti berubah-ubah. Ingat bahawa kapasitansi kapasitor berkadar songsang dengan jarak antara plat. Jarak yang lebih kecil, semakin besar kapasiti dan sebaliknya. Kapasiti pengeksport telah ditukar dengan menaikkan dan menurunkan kuali yang digantung. Untuk mengeluarkan caj, bola tembaga B disebarkan ke bahagian atas kuali bergerak, untuk yang lebih rendah A.

Kerja elektropore bermula dengan pengujaan tuduhan di bawah "pan". Ini boleh dilakukan dengan menggosok resin dengan topi bulu biasa. Prosedur ini dijalankan pada satu masa. Kemudian bahagian bergerak elektropore jatuh serendah mungkin, tetapi, tidak membenarkan hubungan dengan "pan" yang lebih rendah. Inilah yang berlaku di dalamnya.

Kita tahu bahawa cakera atas diperbuat daripada logam, dan logam mempunyai struktur kristal. Kristal ini boleh dipertimbangkan sebagai kisi ion logam positif, sel-sel diisi dengan elektron. Elektron ini boleh disamakan dengan molekul gas bergerak secara berterusan. Oleh kerana cakera atas mendekati yang lebih rendah, medan negatif resin pada elektron bercas negatif semakin bertambah. Ini membawa kepada fakta bahawa elektron-elektron memancarkan meresap ke bahagian atas cakera dan juga ke dalam bola tembaga yang dipateri C. Akibatnya, bahagian atas "panci" yang bergerak "menerima lebih banyak elektron dengan kekurangan pada yang lebih rendah. Oleh itu, bahagian atas cakera bergerak dan bola C dikenakan caj negatif, dan yang lebih rendah adalah positif.

Sekiranya bola pengalir B atau C kini dibumikan, maka lebihan elektron akan mengalir dari bahagian atas "pan" ke tanah, menjadikannya neutral, tetapi kekurangan elektron di bahagian bawah akan kekal. Dalam elektroforiknya, Volta melakukan prosedur ini dengan sentuhan jari, dan di raksasa, di mana pertuduhannya besar, arus yang mengalir melalui penguji adalah besar dan boleh mencederakan elektrik. Oleh itu, pereka mesin datang dengan elektrod tanah khas, yang bekerja secara automatik. Apabila menurunkan bahagian atas kuali, bola C bersentuhan dengan kedudukan yang paling rendah dengan bola D yang didasarkan, di mana elektron mengalir ke tanah. Dengan kenaikan sedikit pada cakera atas, kontak itu terganggu dan kekurangan elektron telah tersebar ke seluruh cakera. Dan potensi caj ini meningkat dengan peningkatan ketinggian cakera. Ketetapan ini mula-mula diperhatikan dalam sejarah dunia pada tahun 1759 oleh ahli akademik St. Petersburg F.U.T. Epinus.

Biasanya ia tidak difahami sepenuhnya oleh pelajar, walaupun tidak dilarang bagi mana-mana orang untuk mengulangi pengalaman Epinus dan ini agak mudah dilakukan. Keteraturan ini mudah direkodkan oleh simbol dalam formula, yang terdapat dalam buku teks kejuruteraan elektrik. Kesangsian pelajar dalam hasil percubaan ini kemungkinan besar disebabkan oleh gagasan sebuah kapasitor pembolehubah yang berubah-ubah sebagai sejenis mesin gerakan kekal dari mana ia meningkatkan potensi caj. Tetapi peningkatan potensi datang dengan mengorbankan tenaga untuk kerja mekanikal menyebarkan piring. Lagipun, plat kapasitor yang dikenakan caj bertentangan tertarik satu sama lain dengan kuasa tertentu yang mesti diatasi.

Sudah tentu, tidak mustahil untuk mensimulasikan proses pelepasan kilat walaupun dengan bantuan gergasi elektroforik seperti itu, tetapi sehingga kini, potensi tuduhan fizik yang tinggi diperoleh dengan menggunakan van de graaff keretadi mana caj dihantar ke bola konduktor gergasi secara mekanikal.

Kami tidak tahu potensi pertuduhan yang diterima di elektropore tsar, tetapi seorang pengarang yang tidak diketahui menulis dalam sumber arkib: "Dia (mesin) bersedia untuk memukul semua orang yang berani menyentuh bola. Adalah diketahui dari pengalaman bahawa elektropore ini boleh membunuh seekor lembu. Kuasa yang mengerikan! "

Pencipta gergasi St. Petersburg.

Kami tahu nama-nama pereka mesin raksasa dari kata ahli fizik terkenal Johann Bernoulli, yang melawat Petersburg pada tahun 1778. Profesor Akademi Sains St. Petersburg, Wolfgang Ludwig Kraft (1743-1814) dan mekanik akademi yang sama, pengrajin Rusia, I.P. Kulibin (1735-1818). Dalam salah satu buku moden mengenai tenaga elektrik, seseorang boleh membaca: "Dalam reka bentuk mesin induksi teknikal, tidaklah mudah bagi mata yang canggih untuk membedakan asas asas mudah mereka." Orang yang mengagumkan ialah Kulibin. Beliau sendiri belajar sekali untuk membuat teleskop tidak lebih buruk daripada bahasa Inggeris, dan dia secara peribadi menggilap kanta. Ini juga berlaku dengan elektropore, intipati yang tidak dapat dimengerti walaupun kini banyak jurutera. Jadi kehormatan membina elektropore gergasi adalah sepenuhnya kepada senegara kita.

V.L.Kraft etnik Jerman tidak boleh dianggap sebagai orang asing.Dia dilahirkan dan meninggal di St Petersburg dan dalam sejarah fizik namanya terdapat dalam versi Rusia - Masuk Yuryevich. Bukan salahnya dia tidak dibenarkan bekerja di bidang fizik. Catherine II mengenalinya sebagai guru kepada cucu-cucunya, antaranya adalah kaisar masa depan Alexander I dan Nicholas I.

Catherine II juga memecah kerjaya saintifiknya, juga kepada ahli akademik St. Petersburg, perintis induksi elektrik F.U.T. Epinus (1724-1802), salah seorang pakar yang paling menjanjikan dalam bidang tenaga elektrik pada masa itu. Dia diwajibkan untuk menyahsulit surat diplomatik yang dipintas orang asing St Petersburg untuk permaisuri. Tetapi tidak ada keraguan bahawa beliau mengambil bahagian dalam penciptaan mesin gergasi sebagai perunding. Kelebihan dalam menguraikan penghantaran diplomatik sangat besar sehingga dia menjadi sakit parah dengan penyakit mental dan pada akhir hidupnya tidak dapat melakukan sains.

Nasib kereta ini tidak diketahui. Dengan perintah seseorang, dia dibawa keluar dari Kunstkamera. Dan ia mungkin bukan tanpa sebab. Mereka takut kepadanya, dan atas sebab ini. Telah didapati bahawa elektroforik boleh bekerja tanpa memberi dia caj awal. Bagi elektroforik gergasi, terdapat cahaya angin yang cukup di atas kuali bawah. maka untuk mendapatkan potensi yang tinggi dan mematikan di atas.

Kenapa artikel ini ditulis?

Semua perkara di atas sepatutnya menunjukkan pembaca bahawa sangat mudah untuk mendapatkan potensi elektrik walaupun di rumah. Untuk mencari kemungkinan aplikasi praktikal mereka adalah otak Kulibins moden. Kemungkinan menggunakan elektrik statik mungkin wujud walaupun dalam kehidupan seharian. Ia hanya perlu untuk menjadi tertarik pada pencipta. Dan inilah dua contoh ini.

Pada 40-an abad yang lalu, patriark ahli fizik Soviet A.F. Ioffe telah membangunkan penjana elektrostatik untuk menggerakkan mesin sinar-X. Penjana mudah dan boleh dipercayai. Kemudian dia datang dengan idea untuk memindahkan semua industri kuasa elektrik negara kepada elektrostatik. Kemudian langkah-langkah transformer dan penerus bagi talian penghantaran menjadi tidak perlu. Penghantaran semasa langsung adalah yang paling menjimatkan, semakin banyak kerugian semasa transformasi hilang. Namun begitu, untuk industri kuasa elektrik yang besar sistem itu tidak mungkin untuk pembuatan generik praktikal. Tetapi ada juga pengguna kuasa rendah, terutamanya kerana penjana statik tidak menghasilkan medan magnet dan sangat ringan.

Ia diketahui bahawa pada tahun 1748. yang hebat Amerika B. Franklin menggunakan enjin bertenaga statik untuk tujuan praktikal - dia menghidupkan tusuk kalkun di atas panci panggang. Kini enjin sedemikian dilupakan, walaupun mereka tidak mempunyai belitan, keluli elektrik dan tembaga. Ini bermakna mereka boleh menjadi sangat handal dalam operasi. Enjin sedemikian sangat menjanjikan untuk aplikasi angkasa. Selain itu, perkembangan kimia polimer menjanjikan bahan-bahan dielektrik baru.

Jadi anda boleh berfikir ke arah ini.