Sa hoàng - điện di

Mùa hè năm 1814 Người chiến thắng Napoléon, Hoàng đế toàn Nga Alexander, người đầu tiên đến thăm thành phố Haarlem của Hà Lan. Vị khách quý được mời đến học viện địa phương. Ở đây, như nhà sử học đã viết, "Cỗ máy điện lớn trước hết thu hút sự chú ý của Hoàng thượng". Sản xuất năm 1784. Chiếc xe thực sự tạo ấn tượng lớn. Hai đĩa thủy tinh có đường kính của một người Chiều cao xoay trên một trục chung bằng nỗ lực của bốn người. Điện ma sát (điện áp cao) được cung cấp để sạc pin cho hai lon Leiden, tụ điện thời đó. Tia lửa từ chúng đạt đến chiều dài hơn nửa mét, điều mà hoàng đế đã bị thuyết phục.

Phản ứng của ông đối với phép lạ công nghệ Trung Âu này còn hơn cả bị kiềm chế. Từ thời thơ ấu, Alexander đã quen thuộc với một cỗ máy thậm chí còn lớn hơn và nó đã cho nhiều tia lửa hơn. Nó đã được thực hiện. thậm chí sớm hơn vào năm 1777. tại quê hương của ông ở St. Petersburg, nó đơn giản hơn, an toàn hơn và cần ít người phục vụ hơn người Hà Lan. Hoàng hậu Catherine II trước sự chứng kiến ​​của cháu mình đã giải trí với sự giúp đỡ của cỗ máy này bằng các thí nghiệm điện ở Tsarskoye Selo. Sau đó, cô, như một vật trưng bày hiếm hoi, được chuyển đến St. Petersburg Kunstkamera, sau đó, theo một mệnh lệnh nào đó, cô đã được đưa ra khỏi đó và dấu vết của cô đã bị mất.

Alexander đã được chỉ ra kỹ thuật của ngày hôm trước. Nguyên tắc tạo ra điện sử dụng ma sát đã không được áp dụng trong hơn 200 năm, trong khi ý tưởng làm máy móc trong nước vẫn được sử dụng trong các phòng thí nghiệm hiện đại của các trường học và đại học trên thế giới. Nguyên tắc này - cảm ứng tĩnh điện - được phát hiện và mô tả lần đầu tiên ở Nga bởi nhà học giả người Nga, người mà ít người biết đến, và điều này là không công bằng. Tôi muốn nhắc về điều này với thế hệ hiện tại.

Tại sao bạn cần một chiếc xe khổng lồ?

Không tìm thấy mô tả các tác phẩm được sản xuất tại St. Petersburg trên một cỗ máy khổng lồ. Được biết, trong cùng một năm trong Phòng dụng cụ của Viện Hàn lâm Khoa học trên máy phát điện đảo Vasilievsky được sản xuất từ ​​máy phát điện "bỏ túi" để giải trí và tự xử lý trong vòng tròn gia đình, cho đến các phòng thí nghiệm vật lý của các nhà khoa học. Tại sao họ làm một chiếc xe quái vật đắt tiền? Tôi có thể trả lời câu hỏi này không?

Đây là những gì danh sách mong muốn của chúng tôi dẫn đến.

Năm 1769 tại thành phố Brescia của Ý, sét đánh vào một nhà thờ, trong hầm chứa khoảng 100 tấn thuốc súng được cất giữ. Vụ nổ xảy ra sau trận đòn đã phá hủy một phần của thành phố và hàng ngàn cư dân của nó. Với trường hợp được biết đến rộng rãi này, chính phủ Anh đã chuyển sang các nhà khoa học từ học viện của mình để khuyến nghị chống sét đáng tin cậy cho các kho chứa bột. Vì lý do của Hiệp hội Hoàng gia Luân Đôn, trong số các thành viên của họ là nhà phát minh cột thu lôi American B. Franklin, việc lắp đặt hệ thống chống sét trong các nhà kho ở Perflit ở Anh đã được đề xuất và thực hiện.

Và bây giờ, với sự trợ giúp của kiến ​​thức hiện đại, người ta không thể đảm bảo 100% cho việc bảo vệ các công trình bằng cách sử dụng cột thu lôi (chính xác hơn là cột thu lôi). Và trớ trêu thay vào năm 1772. cột thu lôi được lắp đặt theo tất cả các quy tắc không bảo vệ kho khỏi sét. Cô ấy trượt dốc từ chốt bảo vệ, nhưng hành động yếu và nhà kho không nổ. Vụ án này đã gây ra nhiều tiếng ồn, kể cả ở Nga.

Tại St. Petersburg trong 15 năm, tháp chuông của Nhà thờ Peter và Paul, được phục hồi sau một vụ sét đánh vào năm 1756, đã được khôi phục. Khi vào năm 1772 Công việc sửa chữa chính của tháp chuông, do kiến ​​trúc sư phục hồi A. Dyakov dẫn đầu, đã hoàn tất, ông quay sang học viện địa phương với một lời khuyên bảo vệ, vì vậy sét sẽ không làm cho một ngọn lửa đốt cháy. Ngày 25 tháng 1 năm 1773 Hội nghị Học viện đã hướng dẫn các giáo sư Epinus, Kraft và Euler bày tỏ quan điểm của họ về cách cài đặt bảo vệ này.Theo các tài liệu, được biết, vào tháng 2, giáo sư vật lý VL Kraft đã chuyển sang lãnh đạo học viện với yêu cầu phát hành một trong những máy điện từ Phòng dụng cụ đến văn phòng vật lý. Rõ ràng cho các thí nghiệm ..

Rõ ràng là Kraft đã phải cung cấp cho các nhà xây dựng dữ liệu cụ thể: về vật liệu của dây dẫn, đường kính, vật liệu và chiều cao của thiết bị đầu cuối không khí, v.v. Hiện tại người ta đã biết rằng các dòng sét đạt tới hàng trăm ampe và tiềm năng tích điện của các đám mây là hàng triệu volt. Nhưng sau đó không có volt hay ampe, chỉ có một cách để tạo mô hình quy trình, lấy dữ liệu và ngoại suy chúng thành các quá trình giông bão. Hơn nữa, độ chính xác của dữ liệu thu được sẽ càng cao, máy điện càng có thể thực hiện tương tự như giông bão thực sự. Một cỗ máy bình thường là không tốt: nó không thể làm chảy dây đồng dày một milimet. Nó là cần thiết để tìm một lối thoát.

Các học giả Nga đã gửi một yêu cầu tới London, nhưng ngay cả ở đó họ cũng biết rất ít về các vấn đề được yêu cầu. Mặc dù chính họ đã thử nghiệm bằng cách tạo ra một đám mây nhân tạo, có chiều dài hơn 50 mét và chiều rộng nửa mét. Kết quả họ nhận được là mâu thuẫn. Cỗ máy điện ba chiều đang tiến đến trận chung kết. Để tạo ra tiềm năng cao, không thể tạo ra các đĩa thủy tinh có đường kính, ví dụ, năm mét. Lực ly tâm trong một vụ tai nạn chắc chắn sẽ biến chúng thành hàng ngàn mảnh vỡ nguy hiểm cho các nhà thí nghiệm. Nó là cần thiết để tạo ra một số nguồn điện cao áp khác cho các thí nghiệm.

Một trường hợp như vậy xuất hiện vào năm 1776, khi một máy phát điện được phát minh, nó hoàn toàn khác với các máy phát điện hiện có, nhưng nó tạo ra điện tích trong các tham số thậm chí cao hơn cả máy ma sát. Thiết kế rất đơn giản, vì vậy đối với việc chế tạo, nó được phân phối bởi các chuyên gia của nó. (Hình 1) Các thí nghiệm đã được thực hiện. Và vào ngày 8 tháng 5 năm 1777. kiến trúc sư Dyakov đã thông báo cho Viện hàn lâm Khoa học về việc hoàn thành công việc trên cột thu lôi của ngọn lửa. Và bây giờ ngọn lửa với chiều cao 122,5 mét được bảo vệ đáng tin cậy cho đến nay. Nhưng, nếu người Mỹ, Anh và Đức biết tên các anh hùng của họ trong cuộc chiến chống sét, thì trong sách giáo khoa về lịch sử khoa học của Nga, có thể đọc rằng VL Kraft đã không thể hiện bất cứ điều gì đặc biệt thử nghiệm, Kraft hoàn toàn không hứng thú. Và điều này là hơn cả công bằng.

Hình. 1 điện cực lớn kraft

3Những bí quyết trên.

Ngày 10 tháng 6 năm 1775 nhà vật lý người Ý A. Volta tuyên bố phát minh ra một nguồn điện mới: Tôi có thể giới thiệu với bạn một cơ thể, chỉ được điện khí hóa một lần, không bao giờ mất điện, kiên trì duy trì sức mạnh của hành động. Tác giả gọi thiết bị này là từ elettroforo perpetuo, có thể được dịch là dòng điện chạy mãi mãi. Thiết bị này đơn giản trước thời nguyên thủy. Tên của nó trong thuật ngữ vật lý đã được rút gọn thành từ "Electrophore", nhưng sự thành công của ứng dụng của nó là quá lớn. Bây giờ, để nhận được điện tích với số lượng lớn, không cần thiết phải sử dụng dịch vụ của các máy điện hiện có.

Volta không coi mình là nhà phát minh duy nhất của thiết bị. Giống như mọi nhà khoa học vĩ đại, ông tôn vinh công lao của những người đi trước. Dưới đây là lời của ông: "Epinus và Wilke đã lường trước ý tưởng này và phát hiện ra hiện tượng này, mặc dù họ không chế tạo được thiết bị đã hoàn thành." Đó là loại dự đoán gì? Và họ Epinus được tìm thấy trong văn bản này lần thứ hai. Và đây không phải là tai nạn.

Giáo sư của Đại học Rostock F. Epinus và sinh viên I. Wilke trong khám phá điện là một hiện tượng được gọi là cảm ứng điện. Ý nghĩa của khám phá có thể được giải thích như sau: mọi cơ thể được đặt trong một điện trường tự nó trở thành điện. Sau đó, Epinus sẽ được mời đến Nga từ năm 1757. ông sẽ trở thành thành viên của Viện hàn lâm Khoa học St. Petersburg. Ở đây anh ta sẽ sống cho đến cuối đời, và ở đây anh ta sẽ viết tác phẩm chính của cuộc đời mình - "Kinh nghiệm về lý thuyết điện và từ tính."Nó được xuất bản tại St. Petersburg năm 1759. và trở nên rất phổ biến trong số các nhà vật lý. Tôi đã làm quen với công việc này và A. Volta. Ông đã thu hút sự chú ý đặc biệt đến kinh nghiệm của học giả St. Petersburg, mà chúng tôi sẽ tái tạo dưới đây.

Trên hai kính thủy tinh A và B, một thanh kim loại C được lắp đặt trong một chiều dài nửa mét. Ở cuối thanh này, hai khối lượng khác 1 và 2 được đặt (Hình 2). Nếu bạn mang (không chạm vào) thanh sáp mài từ bên cạnh trọng lượng đầu tiên, bạn có thể đảm bảo khi loại bỏ các trọng lượng nhỏ mà chúng được sạc. Thứ nhất là tích cực, thứ hai là điện âm. Hơn nữa, một hoạt động như vậy mà không cọ xát nhiều que sáp có thể được thực hiện nhiều lần như bạn muốn. Sáp niêm phong không giảm. Về nguyên tắc, một cỗ máy để sạc các vật thể bằng điện đã sẵn sàng .. Có thể thay vì trọng lượng để đặt lên một thanh bất kỳ cơ thể nào được điện khí hóa và điện khí hóa chúng. Tại sao không phải là một máy chuyển động vĩnh viễn?

Đó là một nguyên mẫu của điện di của Volta, cơ chế rất đơn giản để giải thích cho những người đương thời. Sáp niêm phong được tính phí âm. Nó tạo ra một điện trường tác dụng lên các electron tự do của một thanh kim loại. Có điện tích âm, chúng được phân phối lại trong thanh theo cách mà chúng tích lũy ở trọng lượng 2 và vẫn bị thiếu hụt trong trọng lượng 1. Ở cuối thanh, một sự khác biệt tiềm ẩn phát sinh. Cô ấy có thể được xử lý theo ý muốn. Thiên tài của Volta là cần thiết để sử dụng hiện tượng này trong thực tế và thậm chí, hơn nữa, để giảm bớt các đạo cụ ít ỏi trong việc cài đặt Epinus. Volta hoàn toàn không sử dụng tạ. Chỉ trong khoảnh khắc mang sáp, trong một giây, anh chạm vào đầu thanh đối diện với sáp bằng ngón tay. Rõ ràng là các electron dư thừa đã chảy qua cơ thể vật lý học vào trong đất Trái đất. Bây giờ, khi sáp niêm phong được gỡ bỏ, toàn bộ thanh hóa ra được sạc bằng điện dương. Theo nguyên tắc này, đã có thể tạo ra một máy điện thuận tiện hơn máy ma sát. Nhưng không chỉ đây là lợi thế của chiếc xe mới.

Nó chỉ ra rằng một máy điện di có khả năng không chỉ thu được điện tích mà còn tăng tiềm năng điện của nó lên nhiều lần. Và Volta đã tận dụng tài sản này khi chứng minh danh tính của điện, thu được trong một tế bào mạ điện và điện được tạo ra bởi ma sát, cũng như điện tích của đám mây. Tất cả các khoản phí này hóa ra có cùng bản chất. Và nó đã được chứng minh bằng điện di.

Làm thế nào các điện di khổng lồ làm việc?

Một "chảo rán" khổng lồ phủ đầy hình bầu dục với diện tích khoảng bốn mét vuông (!!!) được lấp đầy bằng một khối nhựa và sáp đông lạnh. Cô nằm dưới chân điện di. Trên đó, trên các giá đỡ cao hơn hai mét, trên các sợi dây xuyên qua các khối, một chiếc chảo rán khác được treo, nhỏ hơn một chút. Kích thước của toàn bộ máy là 3 x 2,5 x 1,5 mét. (Hình 1). Tha thứ cho các lỗ hổng nghệ sĩ thời trung cổ. Hình học mô tả cho phép bạn mô tả các bản vẽ ba chiều trên một mặt phẳng sẽ chỉ xuất hiện vào năm 1799.

Chúng tôi đặc biệt đơn giản hóa bản vẽ để hiểu nguyên lý của máy. (Hình 3) Một cặp chảo đĩa, được cách ly bằng các sợi tơ từ nhau, là một bộ ngưng tụ không khí có công suất thay đổi. Hãy nhớ lại rằng điện dung của tụ điện tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các bản. Khoảng cách càng nhỏ, công suất càng lớn và ngược lại. Năng lực của người thí nghiệm đã được thay đổi bằng cách nâng và hạ chảo treo. Để loại bỏ các chi phí, một quả bóng đồng B được hàn vào phần trên của chảo di chuyển, cho phần dưới A.

Công việc của điện di bắt đầu bằng việc kích thích một điện tích ở "chảo" thấp hơn. Điều này có thể được thực hiện bằng cách cọ xát nhựa với một chiếc mũ lông bình thường. Thủ tục này được thực hiện tại một thời điểm. Sau đó, phần chuyển động của điện di giảm xuống càng thấp càng tốt, nhưng, không cho phép tiếp xúc với "chảo" thấp hơn. Đây là những gì xảy ra trong đó.

Chúng ta biết rằng đĩa trên được làm bằng kim loại và các kim loại có cấu trúc tinh thể. Những tinh thể này có thể được coi là một mạng lưới các ion kim loại dương, các tế bào chứa đầy electron. Những electron này có thể được ví như các phân tử khí chuyển động liên tục. Khi đĩa trên tiếp cận với lớp dưới, trường âm của nhựa trên các electron tích điện âm ngày càng tăng. Điều này dẫn đến thực tế là các electron đẩy ra khuếch tán vào phần trên của đĩa và cũng vào quả bóng đồng hàn C. Kết quả là phần trên của chảo rán di chuyển, nhận được một lượng điện tử dư thừa ở phần dưới. Theo đó, phần trên của đĩa di động và bóng C được tích điện âm, và phần dưới là dương.

Nếu bóng B hoặc C của dây dẫn bây giờ đã được nối đất, thì lượng điện tử dư thừa sẽ chảy từ đỉnh của pan pan xuống mặt đất, làm cho nó trung tính, nhưng sự thiếu điện tử ở phía dưới sẽ vẫn còn. Trong điện di của mình, Volta đã thực hiện thủ tục này bằng một cú chạm ngón tay, và trong một cái khổng lồ, nơi điện tích lớn, dòng điện chạy qua máy thí nghiệm rất lớn và có thể làm tổn thương máy điện. Do đó, các nhà thiết kế của máy đã đưa ra một điện cực mặt đất đặc biệt, hoạt động tự động. Khi hạ thấp đỉnh chảo, quả bóng C tiếp xúc ở vị trí thấp nhất với quả bóng D được nối đất, qua đó các electron chảy xuống đất. Với một sự gia tăng nhẹ ở đĩa trên, sự tiếp xúc bị gián đoạn và việc thiếu các điện tử đã lan đến toàn bộ đĩa. Và tiềm năng của khoản phí này tăng lên khi tăng chiều cao của đĩa. Sự đều đặn này lần đầu tiên được chú ý trong lịch sử thế giới vào năm 1759 bởi nhà học giả St. Petersburg F.U.T. Epinus.

Thông thường nó không hoàn toàn được hiểu bởi các sinh viên, mặc dù không có ai cấm lặp lại trải nghiệm của Epinus và điều này tương đối dễ thực hiện. Sự đều đặn này dễ dàng được ghi lại bằng các ký hiệu trong công thức, có trong bất kỳ sách giáo khoa về kỹ thuật điện. Sự không tin tưởng của sinh viên vào kết quả của thí nghiệm này rất có thể là do ý tưởng về một tụ điện có điện dung thay đổi như một loại máy chuyển động vĩnh viễn từ đó làm tăng tiềm năng điện tích. Nhưng sự gia tăng tiềm năng đến từ chi phí năng lượng cho công việc cơ học của việc trải các tấm. Rốt cuộc, các bản tụ được tích điện với điện tích trái dấu bị hút vào nhau với một lực nhất định phải được khắc phục.

Tất nhiên, không thể mô phỏng quá trình phóng sét ngay cả với sự trợ giúp của một người khổng lồ điện di như vậy, nhưng cho đến nay, tiềm năng cao của điện tích vật lý thu được bằng cách sử dụng xe van detrong đó các điện tích được chuyển đến các quả bóng dẫn khổng lồ một cách cơ học.

Chúng tôi không biết tiềm năng của điện tích nhận được tại điện cực Sa hoàng, nhưng một tác giả vô danh đã viết trong các nguồn lưu trữ: Nước Cô (cỗ máy) đã sẵn sàng đánh vào tất cả những ai dám chạm vào quả bóng của cô. Theo kinh nghiệm được biết rằng điện di này thậm chí có thể giết chết một con bò đực. Sức mạnh khủng khiếp!

Những người tạo ra người khổng lồ St. Petersburg.

Tên của các nhà thiết kế của cỗ máy khổng lồ được chúng ta biết đến từ những lời của nhà vật lý nổi tiếng Johann Bernoulli, người đã đến thăm Petersburg năm 1778. Giáo sư của Học viện Khoa học St. Petersburg Wolfgang Ludwig Kraft (1743-1814) và là thợ cơ khí của cùng một học viện, thợ thủ công người Nga I.P. Kulibin (1735-1818). Trong một trong những cuốn sách hiện đại về điện, người ta có thể đọc: Trong các thiết kế kỹ thuật của máy cảm ứng, không dễ dàng gì ngay cả một con mắt tinh vi để nhận ra các nguyên tắc cơ bản đơn giản của chúng. Người tuyệt vời là Kulibin. Anh ấy đã độc lập học một lần để làm cho kính viễn vọng không thua kém tiếng Anh, và anh ấy đã tự mình đánh bóng các ống kính. Đây cũng là trường hợp của điện di, bản chất của nó là không thể hiểu được ngay cả bây giờ đối với nhiều kỹ sư. Vì vậy, vinh dự xây dựng một điện di khổng lồ hoàn toàn thuộc về đồng bào chúng ta.

V.L.Kraft dân tộc Đức không thể được coi là người nước ngoài.Ông sinh ra và chết ở St. Petersburg và trong lịch sử vật lý, tên của ông được tìm thấy trong phiên bản tiếng Nga - Đăng nhập Yuryevich. Đó không phải là lỗi của anh khi anh không được phép làm việc trong lĩnh vực vật lý. Catherine II xác định ông là một giáo viên của nhiều đứa cháu của bà, trong số đó là các hoàng đế tương lai Alexander I và Nicholas I.

Catherine II cũng đã phá vỡ sự nghiệp khoa học của mình, đối với học giả St. Petersburg, người phát hiện ra cảm ứng điện F.U.T. Epinus (1724-1802), một trong những chuyên gia đầy triển vọng nhất trong lĩnh vực điện thời bấy giờ. Ông có nghĩa vụ giải mã thư tín ngoại giao bị chặn của người nước ngoài St. Petersburg cho hoàng hậu. Nhưng không có nghi ngờ rằng ông đã tham gia vào việc tạo ra một cỗ máy khổng lồ như một nhà tư vấn. Sự quá tải trong việc giải mã các công văn ngoại giao quá lớn đến nỗi anh ta bị bệnh nặng vì bệnh tâm thần và đến cuối đời anh ta không thể làm khoa học.

Số phận của chiếc xe này là không rõ. Theo lệnh của ai đó, cô được đưa ra khỏi Kunstkamera. Và nó có thể không phải là không có lý do. Họ sợ cô ấy, và vì lý do này. Nó đã được tìm thấy rằng các điện di có thể hoạt động mà không cần cho anh ta một khoản phí sơ bộ. Đối với các điện di khổng lồ, có đủ làn gió nhẹ phía trên chảo dưới. sau đó để có được tiềm năng cao, chết người trên đỉnh.

Tại sao bài viết này được viết?

Tất cả những điều trên nên cho người đọc thấy rằng rất dễ dàng để có được tiềm năng điện ngay cả ở nhà. Để tìm ra khả năng ứng dụng thực tế của họ là vấn đề của bộ não của Kulibin hiện đại. Khả năng sử dụng tĩnh điện có thể tồn tại ngay cả trong cuộc sống hàng ngày. Nó chỉ cần thiết để trở nên quan tâm đến các nhà phát minh. Và đây là hai ví dụ về điều này.

Vào những năm 40 của thế kỷ trước, tộc trưởng của các nhà vật lý Liên Xô A.F. Ioffe đã phát triển một máy phát tĩnh điện để cung cấp năng lượng cho máy X-quang. Máy phát điện rất đơn giản và đáng tin cậy. Sau đó, ông nảy ra ý tưởng chuyển toàn bộ ngành công nghiệp điện của đất nước sang tĩnh điện. Sau đó các máy biến áp và chỉnh lưu bước lên cho các đường truyền trở nên không cần thiết. Truyền dòng điện trực tiếp là kinh tế nhất, tổn thất trong quá trình chuyển đổi càng biến mất. Nhưng than ôi, đối với một ngành công nghiệp điện lớn, một hệ thống như vậy là không thể đối với việc sản xuất máy phát điện thực tế. Nhưng cũng có những người tiêu dùng năng lượng thấp, đặc biệt là vì các máy phát tĩnh không tạo ra từ trường và có trọng lượng rất nhẹ.

Được biết, trở lại vào năm 1748. người Mỹ vĩ đại B. Franklin đã sử dụng một động cơ chạy bằng tĩnh điện cho các mục đích thực tế - ông đã xoay một xiên gà tây qua một cái chảo rang. Bây giờ các động cơ như vậy bị lãng quên, mặc dù chúng không có cuộn dây, thép điện và đồng. Điều này có nghĩa là họ có thể rất đáng tin cậy trong hoạt động. Động cơ như vậy rất hứa hẹn cho các ứng dụng không gian. Hơn nữa, sự phát triển của hóa học polymer hứa hẹn cho chúng ta vật liệu điện môi mới.

Vì vậy, bạn có thể suy nghĩ theo hướng này.

Comments

[#1 Victor]

Cảm ơn

[#2 Tập tin chính]

Nó cũng có thể là điện di là một máy làm việc.