LEYDEN-PULLO: OSAT, TOIMINTA, KOKEET - FYYSINEN - 2026

Leyden pullo on ohut lasipullo tai purkki, joka sisältää tiukasti istuva metallikalvo sisäpuolella ja toinen tiukka metallikalvo ulkopuolella.

Se on historian ensimmäinen sähkölaite, jonka tehtävänä on varastoida sähkövarauksia yksinkertaisesti koskettamalla sitä joko sauvalla tai ulommalla levyllä, tankoon, joka on aiemmin ladattu kitkalla (triboelektrinen vaikutus) tai sähköstaattisella induktiolla. Jännitelähdettä, kuten kennoa tai akkua, voidaan myös käyttää.

Kuva 1. Kuvassa on tyypillinen Leyden-pullo. Sisäinen levy on yksi kondensaattorilevyistä ja ulkolevy on toinen levy. Lähde: Wikimedia Commons. haara

Historia

Leyden-pullon keksintö hyvitetään Leydenin yliopiston fysiikan professori Pieter van Musschenbroekille vuonna 1745. Saksan keksijä Ewald Georg von Kleist onnistui myös itsenäisesti ja samanaikaisesti varastoimaan staattisen sähkön vastaavilla pulloilla ennakoiden Hollannin kieli.

Musschenbroekilla oli apuna asianajaja Cunaeus, jonka hän oli kutsunut laboratorioonsa Leydeniin. Tämä älykäs hahmo havaitsi ensimmäisenä, että varaus, joka kertyi pitämällä injektiopulloa kädessään, kun sauvaa tai neulaa ladattiin sähköstaattisella koneella.

Kun professori Musschenbroek yllätti kaikki keksinnöllään, seuraava parannus Leyden-pullossa, kun laite lopulta kastettiin, tehtiin vuonna 1747 lääkärin, tutkijan John Bevisin ja viimeisenä mutta ei vähäisimpänä tähtitieteilijän, joka löysi rapu-udu.

Bevis huomautti, että jos peitit pullon ulkopinnan ohuella arkilla, sitä ei tarvinnut pitää kädellä.

Hän ymmärsi myös, että sen täyttö vedellä tai alkoholilla ei ollut välttämätöntä (alkuperäinen Musschenbroek-pullo oli täytetty nesteellä) ja että pullon sisäseinämä oli peitettävä vain metallikalvolla kosketuksessa korkin läpi kulkevan sauvan kanssa.

Myöhemmät kokeet paljastivat, että enemmän varausta kertyi lasin ohentuessa ja viereisen metallipinnan laajentumiseksi.

osat

Leyden-pullon osat on esitetty kuvassa 1. Lasi toimii eristeenä tai eristeenä levyjen välissä tarjoamalla niille tarvittava tuki. Levyt ovat yleensä ohuita tina-, alumiini- tai kuparilevyjä.

Purkin kannen valmistamiseksi käytetään myös eristettä, esimerkiksi kuivaa puuta, muovia tai lasia. Kansi on lävistetty metallitangolla, josta roikkuu ketju, joka toimii sähköisen kosketuksen aikaansaamiseksi sisälevyn kanssa.

Materiaalit, joita tarvitaan Leyden-pullon valmistukseen

- Lasipullo, mahdollisimman ohut

- Metallikalvo (alumiini, tina, kupari, lyijy, hopea, kulta) pullon sisäisen ja ulkoisen osan peittämiseksi erikseen.

- Porattu eristysmateriaalin suoja.

- Metallivarsi rei'itetyn kannen läpi, ja sen sisäpäässä on ketju tai kaapeli, joka saa metallisen kosketuksen pullon sisälevyyn. Tangon toinen pää päättyy yleensä palloon, jotta päästäisiin kertyneistä varauksista johtuvia sähkökaaria.

Kuva 2. Leyden-pullon osat. Lähde: Wikimedia Commons.

Toiminta

Sähkövarauksen kertymisen selittämiseksi on ensin tarpeen selvittää eristimen ja johtimen välinen ero.

Metallit ovat johtavia, koska elektronit (alkuaineen negatiivisen varauksen kantajat) voivat liikkua vapaasti niiden sisällä. Mikä ei tarkoita, että metalli on aina varautunut, itse asiassa se pysyy neutraalina, kun elektronien lukumäärä on yhtä suuri kuin protonien lukumäärä.

Sitä vastoin eristeiden sisällä olevista elektronista puuttuu metallien tyypillinen liikkuvuus. Hieromalla eri eristysmateriaalien välillä voi kuitenkin tapahtua, että yhden niiden pinnasta elektronit kulkevat toisen pintaan.

Palaten Leyden-pulloon, yksinkertaistetussa muodossa se on metallikalvo, jonka eriste erottaa toisesta johtavasta kalvosta. Kuvio 3 esittää kaaviota.

Kuva 3: Yksinkertaistettu kaavio Leyden-pullosta ja siitä, kuinka se saa panoksen. Lähde: Fanny Zapata.

Oletetaan, että ulkoinen levy on maadoitettu joko käsin pitämällä tai vaijerilla. Kun lähestymistapa on sauvalla, joka on positiivisesti varautunut hankauksella, sisempiin levyyn yhdistävä sauva muuttuu polarisoituneeksi. Tämä johtaa varausten erottumiseen tangon sisälevykokoonpanossa.

Ulomman levyn elektroneja houkutellaan vastakkaisella levyllä oleviin positiivisiin varauksiin ja enemmän elektronia saavuttaa ulkolevyn maasta.

Kun tämä yhteys katkeaa, levystä tulee negatiivisesti varautunut ja kun sauva erotetaan, sisälevy muuttuu positiivisesti varautuneeksi.

Kondensaattorit tai kondensaattorit

Leyden-pullo oli ensimmäinen tunnettu kondensaattori. Kondensaattori koostuu kahdesta metallilevystä, jotka erotetaan eristeellä, ja ne tunnetaan sähkössä ja elektroniikassa hyvin välttämättöminä piirielementeinä.

Yksinkertaisin kondensaattori koostuu kahdesta alueen A tasaisesta levystä, joiden etäisyys d on huomattavasti pienempi kuin levyjen koko.

Kapasiteetti C varastoida varausta tasaiseen levykondensaattoriin on verrannollinen levyjen pinta-alaan A ja kääntäen verrannollinen levyjen väliseen etäisyyteen d. Suhteellisuusvakio on sähköinen passitiivisuus ε, ja niistä tehdään yhteenveto seuraavassa lausekkeessa:

Leyden-pullon muodostamaa kondensaattoria voidaan arvioida kahdella samankeskisellä lieriömäisellä levyllä, joiden säde on sisäinen ja säde b ulkoiselle levylle ja korkeudelle L. Säteiden ero on tarkalleen lasin paksuus d, joka on levyjen välinen etäisyys.

Sylinterimäisen levykondensaattorin kapasiteetti C saadaan:

Kuten tästä lausekkeesta voidaan päätellä, mitä pidempi pituus L, sitä enemmän kapasiteettia laitteella on.

Leyden-pullon kapasiteetti

Siinä tapauksessa, että paksuus tai erotus d on paljon pienempi kuin säde, kapasiteettia voidaan arvioida laskemalla tasaiset levyt seuraavasti:

Edellisessä lausekkeessa p on lieriömäisen levyn kehä ja L on korkeus.

Muodosta riippumatta enimmäisvaraus Q, jonka kondensaattori voi kerätä, on verrannollinen varausjännitteeseen V, kondensaattorin kapasiteetin C ollessa suhteellisuusvakio.

Q = C = V

Pullo kotitekoista Leydeniä

Kotona helposti saatavilla olevien materiaalien ja jonkin verran manuaalisten taitojen avulla voit jäljitellä professori Musschenbroekia ja rakentaa Leyden-pullon. Tätä varten tarvitset:

- 1 lasinen tai muovipurkki, kuten majoneesi.

- 1 rei'itetty muovinen eristepeite, jonka läpi jäykkä lanka tai kaapeli johdetaan.

- Suorakulmaiset keittiön alumiinifoliokaistaleet purkin peittämiseksi, kiinnittämiseksi tai kiinnittämiseksi purkin sisä- ja ulkopuolelle. On tärkeää, että alumiinipinnoite ei pääse purkin reunaan, se voi olla hiukan yli puoli.

- Joustava kaapeli ilman eristystä, joka on silmukoitu sauvan sisäpuolelle siten, että se joutuu kosketukseen alumiinifolion kanssa, joka peittää pullon seinämän sisäpuolen.

- Metallinen pallo (menee kannen päälle piikkien vaikutuksen välttämiseksi).

- Kaapeli ilman eristystä, joka kiinnitetään ulkoiseen alumiinilevyyn.

- Viivain ja sakset.

- Scotch tape.

Huomaa: Toinen versio, joka välttää alumiinifolion sijoittamisen sisäpuolelle, on pullon tai purkin täyttö vesi- ja suolaliuoksella, joka toimii sisälevynä.

Prosessi

Peitä pullo sisäpuolelta ja ulkopuolelta alumiinifolioliuskoilla, tarvittaessa ne kiinnitetään teipillä varmistaen, etteivät pullo ylitä liikaa.

- Lävistä korkki varovasti kuparilangan tai -kaapelin kulkemiseksi ilman eristävää kansita, jotta pullon sisäinen alumiinifolio saatetaan kosketuksiin ulkopuolen kanssa, jolloin johtava pallo tulisi sijoittaa juuri korkin yläpuolelle.

- Ulkovaipan sitomiseen ja eräänlaiseen kahvaan tekemiseen käytetään enemmän johdotusta ilman eristystä. Koko kokoonpanon tulisi näyttää kuvan 1 ja 4 mukaiselta.

Kuva 4. Leyden-pullo. Lähde: F. Zapata.

kokeilut

Kun Leyden-pullo on rakennettu, voit kokeilla sitä:

Koe 1

Jos sinulla on vanha televisio tai näyttö, jossa on katodisäde, voit ladata sen pullon avulla. Pidä pullo yhdellä kädellä ulomman levyn vieressä pitäen samalla vedä sisäosaan liittyvä kaapeli lähelle ja koskettamalla näyttöä.

Ulkopuolelle sidotun kaapelin tulee olla lähellä pullon sisältä tulevaa kaapelia. Huomaa, että syntyy kipinä, joka osoittaa, että pullo on latautunut sähköisesti.

Koe 2

Jos sinulla ei ole sopivaa näyttöä, voit ladata Leyden-pullon pitämällä sitä lähellä villakangasta, jonka olet juuri ottanut ulos kuivausrummusta. Toinen vaihtoehto latauslähteelle on ottaa pala muoviputkea (PVC), joka on aiemmin hiottu rasvan ja lakan poistamiseksi. Hiero putkea paperipyyhkeellä, kunnes se on riittävästi latautunut.

Viitteet

1. Leyden-pullo. Palautettu osoitteesta: es.wikipedia.org
2. Sähköiset instrumentit. Leyden Jar. Palautettu: Brittanica.com
3. Endesa kouluttaa. Koe: Leyden-pullo. Palautettu osoitteesta: youtube.com.
4. Leyden Jar. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org.
5. Leyden-purkin fysiikka "MacGyverissä". Palautettu osoitteesta: wired.com
6. Tippens, P. Fysiikka: Käsitteet ja sovellukset. 516-523.