Цар - електрофор

У лето 1814. године Наполеонов победник Алл-Руссиан цар Александар Први посетио је холандски град Харлем. Угледни гост позван је у локалну академију. Овде је, како је историограф написао, „велика електрична машина пре свега привукла пажњу Његовог Величанства“. Направљено 1784. године. аутомобил је заиста оставио велики утисак. Два стаклена диска промјера висине особе ротирају се на заједничкој оси уз напоре четири особе. Електрична енергија трења (трибоелектричност) испоручена је за пуњење батерија два-лејденских канти, кондензатора тог времена. Искрице из њих досезале су дужину већу од пола метра, у шта је цар био уверен.

Његова реакција на ово централноевропско чудо технологије била је више него суздржана. Александар је од детињства био познат са још већом машином, што је давало више тих искре. Направљено је. још раније 1777. у својој домовини у Санкт Петербургу било је једноставније, сигурније и захтевало је мање слуга него Холанђани. Царица Катарина ИИ у присуству својих унука забављала се уз помоћ ове машине електричним експериментима у Царском селу. Потом је она, као ретки експонат, пребачена у Ст. Петерсбург Кунсткамера, а затим је неким налогом извучена и трагови су јој се изгубили.

Александру је приказана техника јучерашњег дана. Принцип производње електричне енергије трењем није се примењивао више од 200 година, док се идеја која се темељи на домаћој машини још увек користи у савременим лабораторијама школа и универзитета у свету. Овај принцип - електростатичка индукција - открио је и први описао у Русији руски академик, чије име мало људи зна, а то је неправедно. Желео бих да подсетим о томе садашњој генерацији.

Зашто вам је требао џиновски аутомобил?

Описи радова произведених у Санкт Петербургу на џиновској машини нису пронађени. Познато је да су исте године у инструментној комори Академије наука на острву Василијевски произведени електрични генератори од „џепних“ генератора за забаву и само-лечење у породичном кругу, до серијских за физичке лабораторије научника. Зашто су направили скупи аутомобил чудовишта? Могу ли одговорити на ово питање?

До тога је довела наша листа тражења.

1769. год у италијанском граду Брешија муња је погодила цркву у подрумима којих је смештено око 100 тона барута. Експлозија која је уследила након удара уништила је део града и хиљаде његових становника. С обзиром на овај надалеко познат случај, британска влада се обратила научницима са своје академије да препоруче поуздану заштиту од стреле за своја складишта праха. Из Лондонског краљевског друштва, чији је члан био и амерички проналазач громобрана Б. Франклина, предложена је и изведена инсталација за заштиту од грома у складиштима у Перфлиту у Енглеској.

И сада, уз помоћ модерног знања, не можете дати 100% гаранцију заштите конструкција уз помоћ громобрана (тачније громобрана). И иронично у 1772. години. громобрана постављена у складу са свим правилима није заштитила складишта од грома. „Склизнула је“ са заштитне пинове, али деловала је слабо и магацин није експлодирао. Овај случај је направио велику буку, укључујући и у Русији.

Овде у Санкт Петербургу већ 15 година обновљен је звоник катедрале Петра и Павла, обновљен након удара грома 1756. године. Када је 1772 Завршен је главни поправак шатора звоника, који је водио рестаураторски архитекта А. Диаков, а он се обратио локалној академији са препоруком за заштиту, „како муње не би проузроковале спитз“. 25. јануара 1773 Конференција академије задужила је професоре Епинус, Крафт и Еулер да изнесу своје мишљење о томе како уградити ову заштиту.Према документима, познато је да се професор физике ВЛ Крафт у фебруару обратио руководству академије са захтевом да „пусти једну електричну машину из инструменталне коморе у кабинет за физику. Очигледно за експерименте ..

Јасно је да је Крафт морао дати грађевинарима одређене податке: о материјалима проводника, њиховом пречнику, материјалу и висини ваздушног терминала итд. Сада је познато да струје грома достижу стотине ампера, а потенцијал набоја облака је милион волти. Али тада није било волта или ампера, постојао је само један начин да се створи модел процеса, добију подаци и екстраполирају их у грмљавинске процесе. Штавише, тачност добијених података била би већа што више електрична машина може да користи. Обична машина није била добра: није могла растопити бакарну жицу дебљину један милиметар. Требало је пронаћи излаз.

Руски академици послали су захтев у Лондон, али и тамо су мало знали о траженим проблемима. Иако су и сами експериментирали стварајући „вештачки облак“ дужине више од 50 метара и ширине од пола метра. Резултати које су добили били су контрадикторни. Трибоелектрична машина приближавала се свом финалу. Да бисте створили велике потенцијале, немогуће је направити стаклене дискове пречника, на пример, пет метара. Центрифугална сила у несрећи ће их сигурно претворити у хиљаде фрагмената опасних за експериментаре. За експерименте је било потребно створити неки други високонапонски извор електричне енергије.

Такав случај се појавио 1776. године, када је изумљен електрични генератор, који се потпуно разликовао од постојећих, али који је стварао електричне наелектрисање у параметрима чак и вишим од машине за трење. Дизајн је био једноставан, па су их за производњу направили њихови стручњаци. (Сл. 1) Експерименти су изведени. А 8. маја 1777. архитекта Дјаков је обавестио Академију наука о завршетку радова на громобранској шпири. А сада спирала с висином од 122,5 метара до данас стоји поуздано заштићено. Али, ако Американци, Британци и Немци знају имена својих јунака у борби против муње, онда се у руским уџбеницима о историји науке може прочитати да је В.Л. експериментални, Крафт није био нимало заинтересован. " И то је више него фер.

Сл. 1 Велики електрофор Крафт

3Изнад кнов-хов-а.

10. јуна 1775 италијански физичар А. Волта најавио је свој изум новог извора електричне енергије: „Представљам вам тело које, електрификовано само једном, никада не губи струју, тврдоглаво одржавајући снагу свог деловања.“ Аутор је овај уређај назвао ријечима „елеттрофоро перпетуо“, што би се могло превести као „струја која траје заувек“. Уређај је био једноставан пре примитивизма. Његово име у физичкој терминологији сведено је на реч "електрофор", али успех његове примене је био огроман. Сада, да бисте добили електричне набоје у великим количинама, није било неопходно користити услуге постојећих електричних машина.

Волта се није сматрао јединим изумитељем уређаја. Као и сваки велики научник, и он је одао почаст заслугама својих претходника. Ево његових речи: "Епинус и Вилке су предвидели ову идеју и открили феномен, иако нису конструисали готов уређај." Какво је то ишчекивање? И презиме Епинус се налази у овом тексту по други пут. А то није случајно.

Професор Универзитета у Ростоку Ф. Епинус и његов студент И. Вилке у откривању електричне енергије је феномен који се данас назива електрична индукција. Значење открића може се објаснити на следећи начин: свако тело које се постави у електрично поље само по себи постаје електрично. Касније ће Епинус бити позван у Русију од 1757. године. постаће члан Санкт Петербуршке академије наука. Овде ће живети до краја свог живота, а овде ће написати своје главно животно дело - „Искуство у теорији електричне енергије и магнетизма“.Објављено је у Санкт Петербургу 1759. године. и постао врло популаран међу физичарима. Упознао сам се са тим радом и А. Волта. Посебно је скренуо пажњу на искуство академика из Санкт Петербурга које ћемо репродуковати у наставку.

На две стаклене чаше А и Б постављена је метална шипка Ц у дужини од пола метра. На крајевима ове шипке постављена су још два блока тежине 1 и 2 (Сл. 2). Ако донесете (без додиривања) нарибани восак штап са стране прве тежине, можете бити сигурни приликом уклањања малих утега који се наплаћују. Прво је позитивно, друго је негативна струја. Штавише, таква операција без трљања више штапића воска може се извести онолико пута колико желите. Восак за заптивање се није смањио. У принципу, машина за пуњење тела струјом била је спремна. Било је могуће уместо утези ставити на шипку било која тела која ће се наелектрисати и електрификовати. Зашто не би трајна машина за кретање?

Био је прототип Волтиног електрофора, чији је механизам савременим објаснити модерним. Цепљени восак за бртвљење наплаћује се негативно. Ствара електрично поље које делује на слободне електроне металне шипке. Имајући негативан набој, они се редистрибуирају у шипки тако да се накупљају у тежини 2 и остају у дефициту у тежини 1. Потенцијална разлика настаје на крајевима шипке. Може се збринути по вољи. Генијалац Волте био је потребан да би се овај феномен искористио у пракси, а чак и да би се смањио оскудни реквизит у постављању Епина. Волта уопште не користи утеге. Таман у тренутку када принесе восак, на тренутак, он прстом дотакне крај шипке насупрот воска. Јасно је да су вишак електрона кроз тело физичара протицали у „земљу“. Сада, када је уклоњен восак за бртвљење, испоставило се да је цела трака напуњена позитивном струјом. На овом принципу, већ је било могуће створити електричну машину погоднију од машина за трење. Али не само то је била предност новог аутомобила.

Испоставило се да је електрофорна машина способна не само да напуни, већ и повећа више пута свој електрични потенцијал. Волта је искористио ово имање када је доказао идентитет електричне енергије, добијене у галванској ћелији и електричне енергије произведене трењем, као и наелектрисање облака облака. Испоставило се да су све те оптужбе потпуно исте природе. А то је доказано електрофором.

Како је функционирао џиновски електрофор?

Огромна, лимено покривена огромна "тава" са површином од око четири квадратна метра (!!!) била је испуњена смрзнутим растопином смоле и воска. Лежала је у основи електрофора. На њему, на сталцима високим више од два метра, на конопима који су прошли кроз блокове, висила је друга плоча за пржење диска, мало мања. Димензије целе машине су биле 3 к 2,5 к 1,5 метра. (Сл. 1). Опростите графичким недостацима средњовјековног умјетника. Описна геометрија која вам омогућава да прикажете тродимензионалне цртеже на равнини појавиће се тек 1799. године.

Конкретно смо поједноставили цртеж да бисмо разумели принцип машине. (Сл. 3) Пар посуда за диск, изоловане свиленим конопима једна од друге, представљају кондензатор ваздуха променљивог капацитета. Подсјетимо да је капацитет кондензатора обрнуто пропорционалан удаљености између плоча. Што је мања удаљеност, већи је капацитет и обрнуто. Капацитет експериментатора је промењен подизањем и спуштањем суспендоване таве. Да бисте уклонили набоје, бакарна кугла Б је лемљена за горњи део покретне посуде, за доњи А.

Рад електрофора почео је узбуђењем набоја у доњем "таву". То би се могло постићи трљањем смоле обичним крзненим шеширом. Овај поступак је обављен у исто време. Тада је покретни део електрофора пао што је могуће ниже, али, не дозвољавајући контакт са доњим „тавом“. То се догађа у њему.

Знамо да је горњи диск направљен од метала, а метали имају кристалну структуру. Ови кристали се могу сматрати решетком позитивних јона метала, чије су ћелије испуњене електронима. Ови електрони се могу упоредити са молекулама гаса који се непрекидно крећу. Како се горњи диск приближава доњем, негативно поље смоле на негативно наелектрисаним електронима расте све више и више. То доводи до чињенице да електрони који искачу дифундирају у горњи део диска, па и у лемљену бакарну куглу Ц. Као резултат, горњи део покретне „таве“ добија вишак електрона са недостатком у доњем. Сходно томе, горњи део покретног диска и кугла Ц негативно су наелектрисани, а доњи позитивни.

Ако је кугла проводника Б или Ц сада уземљена, вишак електрона ће тећи са врха „таве“ на земљу, чинећи је неутралним, али недостатак електрона у дну остаје. Волта је у свом електрофору изводио овај поступак додиром прста, а у џиновском, где је набој био велики, струје које су пролазиле кроз експериментатор биле су велике и могле су да повреде електрификатор. Стога су дизајнери машине смислили посебну уземљену електроду, која је радила аутоматски. При спуштању врха посуде, кугла Ц је била у контакту у свом најнижем положају са уземљеном куглом Д, кроз коју су електрони текли у земљу. Лаганим порастом горњег диска, контакт је прекинут и недостатак електрона се већ проширио на цео диск. А потенцијал овог набоја повећавао се с повећањем висине диска. Ту правилност први пут је приметио у светској историји 1759. године Санкт Петербург академик Ф.У.Т. Епинус.

Студенти то обично не разумеју у потпуности, мада никоме није забрањено да понавља Епинусово искуство, а то је релативно лако учинити. Ова правилност се лако бележи симболима у формули која се налази у било којем уџбенику електротехнике. Неповерење студената у резултате овог експеримента највероватније је изазвано идејом кондензатора променљивог капацитета као својеврсне машине за непрестано кретање са које повећава потенцијал набоја. Али пораст потенцијала долази захваљујући трошку енергије за механички рад расипања плоча. Напокон, плоче кондензатора набијене супротним набојима привлаче се једна с другом с одређеном силом коју је потребно савладати.

Наравно, немогуће је симулирати процес пражњења грома чак и уз помоћ таквог гиганта електрофоре, али до сада се помоћу потенцијала физичких набоја добијају високи потенцијали комби возилагде се набоји механички испоручују дивовским проводничким куглицама.

Не знамо потенцијал набоја примљеног у царском електрофору, али непознати аутор је у архивским изворима написао: „Она (машина) је спремна погодити све који се усуде да је додирну. Из искуства је познато да овај електрофор може чак и убити бика. Страшна моћ! "

Креатори санкт Петербурга.

Имена дизајнера џиновске машине позната су нам по речима познатог физичара Јоханна Берноуллија, који је 1778. посетио Петербург. Ово је професор Академије наука Санкт Петербурга Волфганг Лудвиг Крафт (1743-1814) и механичар исте Академије, руски занатлија И. П. Кулибин (1735-1818). У једној од савремених књига о електричној енергији може се прочитати: „У техничком дизајну индукционих машина чак ни софистицирано око не може лако уочити њихове једноставне основне принципе.“ Невероватна особа је био Кулибин. Једном је самостално научио да прави телескопе не лошије од енглеског, и лично је полирао сочива. То је био случај и са електрофором, чија је суштина и сада већини инжењера неразумљива. Дакле, част да се изгради џиновски електрофор у потпуности припада нашим сународницима.

Нијемац В.Л.Крафт не може се сматрати странцем.Рођен је и умро у Санкт Петербургу, а у историји физике његово име се налази у руској верзији - Логин Иуриевицх. Није његова грешка што му није било дозвољено да ради у области физике. Катарина ИИ идентификовала га је учитељем својих многих унука, међу којима су били и будући цареви Александар И и Никола И.

Катарина ИИ такође је прекинула своју научну каријеру Санкт Петербургу академику, откривачу електричне индукције Ф.У.Т. Епинусу (1724-1802), једном од најперспективнијих стручњака на пољу електричне енергије тог времена. Био је дужан да дешифрује пресретнуту дипломатску преписку странаца Санкт Петербурга за царицу. Али нема сумње да је као консултант учествовао у креирању џиновске машине. Преоптерећење у дешифровању дипломатских отпреме било је толико велико да је озбиљно оболео од менталне болести и на крају свог живота није могао да ради науку.

Судбина овог аутомобила је непозната. По нечијем наређењу, њу су извели из Кунсткамере. А можда није без разлога. Плашили су се је и због тога. Утврђено је да електрофоре могу радити без претходног набоја. За џиновски електрофор био је довољан ветар изнад доње таве. онда да добијете високе, смртоносне потенцијале на врху.

Зашто је написан овај чланак?

Све горе требало би показати читаоцу да је врло лако добити електричне потенцијале чак и код куће. Пронаћи могућности њихове практичне примене питање је мозга савремених Кулибина. Могућности коришћења статичког електрицитета вероватно постоје чак и у свакодневном животу. Потребно је само заинтересовати се за проналазаче. И ево два примера тога.

40-тих година прошлог века патријарх совјетских физичара А. Ф. Иоффе развио је електростатички генератор за напајање рендгенске машине. Генератор је био једноставан и поуздан. Тада је дошао на идеју да сву електроенергетску индустрију у земљи пребаци на електростатику. Тада појачани трансформатори и исправљачи за далеководе постају непотребни. Преноси директне струје су најекономичнији, што више губитака током трансформације нестаје. Али, нажалост, за велику електроенергетску индустрију такав систем је немогућ за практичну производњу генератора. Али постоје и потрошачи мале снаге, поготово јер статички генератори не стварају магнетна поља и веома су лаки у тежини.

Познато је да је 1748. год. велики Американац Б. Франклин користио је статички мотор у практичне сврхе - окренуо је пурећи ражњић преко таве за печење. Сада су такви мотори заборављени, иако немају намотаје, електрични челик и бакар. То значи да могу бити веома поуздани у раду. Такви мотори су врло обећавајући за свемирске примене. Штавише, развој полимерне хемије нам обећава нове диелектричне материјале.

Тако да можете размишљати у овом правцу.