Bottiglia di parti di Leyden, operazione, esperimenti

IL Bottiglia Leyden È una sottile bottiglia di vetro o brocca, che contiene una tela metallica ben adattata nella sua parte interna e all'esterno un altro film in metallo altrettanto stretto.

È il primo dispositivo elettrico nella storia che è servito a memorizzare carichi elettrici semplicemente toccandolo, per l'asta o dal foglio esterno, con una barra precedentemente caricata per attrito (effetto triboelettrico) o mediante induzione elettrostatica. È inoltre possibile utilizzare una fonte di tensione come una batteria o una batteria.

Figura 1. La figura mostra una tipica bottiglia Leyden. Il foglio interno è una delle piastre del condensatore e il foglio esterno è l'altra piastra. Fonte: Wikimedia Commons. Rama [CC BY-SA 3.0 fr (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/fr/azione.in)] [TOC]

Storia

L'invenzione della bottiglia Leyden. Indipendente e contemporaneamente, l'inventore tedesco Ewald Georg von Kleist è riuscito a conservare l'elettricità statica con bottiglie simili, anticipando l'olandese.

Muschenbroek aveva l'aiuto di un avvocato di nome Cunaeus, che aveva invitato al suo laboratorio a Leyden. Questo personaggio di Sagazo è stato il primo a rendersi conto che il carico accumulato tenendo la bottiglia con la mano mentre carichi la barra o l'ago con la macchina elettrostatica.

Dopo che il professor Muschenbroek ha sorpreso tutti con la sua invenzione, il seguente miglioramento nella bottiglia di Leyden, poiché il dispositivo è stato finalmente battezzato, è stato condotto nel 1747 grazie a John Bevis, medico, ricercatore e se ciò non fosse sufficiente l'astronomo ha scoperto la nebula del granchio.

Bevis osservò che se copriva la bottiglia sull'esterno con un foglio sottile, non era necessario tenerla con la mano.

Si rese anche conto che riempirlo di acqua o alcol non era necessario (la bottiglia originale di Muschenbroek era piena di liquido) e che solo la parete interna della bottiglia con folio metallico era richiesta a contatto con l'asta che attraversa il sughero.

Gli esperimenti successivi hanno rivelato che un maggiore carico accumulato poiché il vetro era più sottile e la più ampia superficie metallica adiacente.

Feste

Le parti di una bottiglia Leyden sono mostrate nella Figura 1. Il vetro funge da isolante o dielettrico tra le piastre, oltre a servire per dare loro il supporto necessario. Le piastre sono di solito fette di stagno sottili, alluminio o rame.

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Per produrre il coperchio della brocca, viene anche utilizzato un isolante, ad esempio in legno secco, plastica o vetro. Il coperchio viene trasferito da un'asta di metallo da cui una catena che serve a stabilire un contatto elettrico con la piastra interna.

Materiali necessari per produrre la bottiglia Leyden

- Bottiglia di vetro, essendo il più sottile possibile

- Foglio metallico (alluminio, stagno, rame, piombo, argento, oro) da coprire separatamente, la parte interna ed esterna della bottiglia.

- Materiale isolante Horadada.

- Asta metallica per attraversare il coperchio Horired e che nell'estremità interna ha una catena o un cavo che fa un contatto metallico con il foglio interno della bottiglia. L'altra estremità dell'asta di solito termina in sfera, per evitare gli archi elettrici mediante carichi accumulati sulle punte.

figura 2. Parti di una bottiglia Leyden. Fonte: Wikimedia Commons.

Funzionamento

Per spiegare l'accumulo di carica elettrica è necessario iniziare stabilendo la differenza tra isolanti e conduttori.

I metalli sono driver perché gli elettroni (vettori di carico negativo elementari) possono muoversi liberamente al loro interno. Il che non significa che il metallo sia sempre caricato, in effetti rimane neutro quando la quantità di elettroni è uguale a quella dei protoni.

D'altra parte, gli elettroni all'interno degli isolanti mancano della mobilità tipica dei metalli. Tuttavia, sfregando tra diversi materiali isolanti, può accadere che gli elettroni della superficie di uno di essi vadano sulla superficie dell'altro.

Tornando alla bottiglia Leyden, semplificata È un foglio di metallo separato da un isolante da un altro foglio conduttivo. La Figura 3 mostra uno schema.

Figura 3: schema semplificato di bottiglia di Leyden e come acquisisce il carico. Fonte: Fanny Zapata.

Supponiamo che la piastra esterna si collega a terra, tenendola con la mano o per mezzo di un cavo. Quando una barra che è stata caricata positivamente dallo sfregamento, l'asta che si collega con la piastra interna è polarizzata. Questo porta a una separazione dei carichi nel set Plaque a canna interna.

Gli elettroni della piastra esterna sono attratti dai carichi positivi della piastra opposta e più elettroni raggiungono la piastra esterna dal collegamento a terra.

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Quando questa connessione viene interrotta, la piastra viene caricata negativamente e quando l'asta è separata, la piastra interna viene caricata positivamente.

Condensatori o condensatori

La bottiglia Leyden è stata il primo condensatore noto. Un condensatore è costituito da due piastre metalliche separate da un isolante e sono ben noti in elettricità ed elettronica come elementi di circuito indispensabili.

Il condensatore più semplice è costituito da due piastre piatte A separato una distanza D Molto meno delle dimensioni delle piastre.

La capacità C Per conservare il carico in un condensatore a piastre piatto è proporzionale all'area A di piastre e inversamente proporzionali alla separazione D Tra i piatti. La costante di proporzionalità è il Indennità elettrica ε e riassumi nella seguente espressione:

C = ε⋅a / d

Il condensatore formato dalla bottiglia Leyden può essere avvicinato da due piastre cilindriche concentriche di radio A interno e radio B Per la piastra esterna e l'altezza L. La differenza nelle radio è proprio lo spessore del vetro D Qual è la separazione tra le piastre.

La capacità C Da un condensatore a piastra cilindrica è dato da:

C = ε⋅2πl / ln (b / a)

Come dedotto da questa espressione, maggiore è la lunghezza l maggiore capacità ha il dispositivo.

Capacità di bottiglia Leyden

Nel caso in cui lo spessore o la separazione D Essere molto meno della radio, quindi la capacità può essere approssimativa dall'espressione delle piastre piatte come segue:

C ≈ ε⋅2πa L / d = ε⋅p L / D

Nell'espressione precedente P È il perimetro della piastra cilindrica e L l'altezza.

Indipendente dalla forma, il carico massimo Q che può accumulare un condensatore è proporzionale alla tensione di carico V, Essere la capacità C del condensatore la costante di proporzionalità.

Q = c⋅ v

Bottiglia Dendden domestica

Con materiali facili da raggiungere a casa e qualche abilità manuale, puoi emulare il professor Musschenbroek e costruire una bottiglia Leyden. Per questo è necessario:

- 1 bottiglia di vetro o di plastica, come la maionese.

- 1 LID isolante in plastica Horadada attraverso il quale verrà passato un filo o un cavo rigido.

- Strisce rettangolari di foglio di alluminio da cucina per coprire, incollare o aderire all'interno e all'esterno della bottiglia. È importante che la copertura in alluminio non raggiunga il bordo della bottiglia, può essere un po 'più alta della metà.

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- Un cavo flessibile senza isolamento che è giuntato all'interno dell'asta, in modo che entri in contatto con il foglio di alluminio che copre l'interno della parete della bottiglia.

- Sfera metallica (va sopra il coperchio per evitare l'effetto delle punte).

- Cavo senza isolamento che si collegherà al foglio di alluminio esterno.

- Regola e forbici.

- scotch.

Nota: un'altra versione che evita il lavoro di posizionare il foglio di alluminio all'interno è riempire la bottiglia o la bottiglia con una soluzione di acqua e sale, che fungerà da piastra interna.

Procedura

Coprire la bottiglia dentro e fuori con le strisce di foglio di alluminio, se necessario sono fissate con il nastro adesivo, facendo attenzione a non superare la metà della bottiglia.

- Pierce con cura il coperchio per passare il cavo del filo o del rame senza copertura isolante, per contattare il foglio di alluminio interno con l'esterno, dove la sfera conduttiva dovrebbe essere posizionata appena sopra il coperchio.

- Più cavo senza isolamento viene utilizzato per collegare il coperchio esterno e fare una sorta di maniglia. L'intero set deve essere simile a quanto mostrato nelle figure 1 e 4.

Figura 4. Bottiglia Leyden. Fonte: f. Zapata.

Esperimenti

Una volta che la bottiglia Leyden può essere costruita, puoi sperimentarlo:

Esperimento 1

Se si dispone di un vecchio televisore o monitor di cui è possibile usarlo per caricare la bottiglia. Per fare questo, tenere la bottiglia con una mano sulla piastra esterna, mentre si avvicina e gioca il cavo che si collega con la parte interna.

Il cavo legato all'esterno deve avvicinarsi al cavo che proviene dalla parte interna della bottiglia. Si noti che si verifica una scintilla, dimostrando che la bottiglia è stata caricata elettricamente.

Esperimento 2

In caso di non avere uno schermo adeguato puoi caricare la bottiglia Leyden portandola a un panno di lana che ha preso solo l'essiccatore di abbigliamento. Un'altra opzione per la fonte di caricamento è quella di prendere un pezzo di tubo di plastica (PVC) che è stato precedentemente levigato per rimuovere il grasso e la vernice. Strofina il tubo con un tovagliolo di carta fino a quando non acquisisce un carico sufficiente.

Riferimenti

1. Bottiglia Leyden. Recuperato da: è.Wikipedia.org
2. Strumenti elettrici. Leyden Jar. Recuperato da: Brittanica.com
3. Endesa educa. Esperimento: bottiglia Leyden. Recuperato da: YouTube.com.
4. Leyden Jar. Recuperato da: in.Wikipedia.org.
5. La fisica del barattolo di Leyden in "MacGyver". Recuperato da: cablato.com
6. Tippens, p. Fisica: concetti e applicazioni. 516 - 523.