Elektrostatik Generatorlar: Statik Elektrik Tarixi

Wimshurst-dan elektrostatik generator maşını. Elektrostatik generatorların tarixi

Elm və texnologiyanın tarixi kəşflərin və təkmilləşdirmələrin daimi təkamülüdür. Bunun gözəl nümunəsi elektrostatik maşınlar və ya generatorlardır. Bu qısa essedə elektrikin tarixini xronoloji olaraq görəcəyik elektrostatika ilə bağlı kəşflər və onların texniki tətbiqləri, xüsusilə generatorlar şəklində, çünki o, kəhrəba sürtmək müəyyən obyektləri cəlb ki, aşkar edilmişdir və hətta indi tədris və əyləncə fizika oyunları üçün istifadə köhnəlmiş maşın olan ən müasir generatorlar niyə yaxşı məlum deyil.

Elektrostatik generator yüksək gərginliklər yaratmağa qadirdir, lakin çox kiçik cərəyanlarla.. Onlar sürtünməyə əsaslanır, mexaniki enerjidən iki materialda sürtünməyə nail olmaq üçün töhfə verməliyik, bir hissəsi istiliyə, digəri isə elektrostatik enerjiyə çevrilir.

Qədim Yunanıstan. Başlanğıclar.

Kəhrəbanın əşyaları parça və ya dəri ilə sürtdükdən sonra cəlb etməsinə istinadlar var, lakin oradan kənara çıxmadı. Heç kəs düşünmürdü ki, bu attraksion davamlı olaraq yaradılıb praktiki istifadəyə verilə bilər.

Dediyim kimi, təsir təsvir edilmişdir, lakin daha ətraflı araşdırılmır. ilə XVII əsrə qədər bu sahədə heç bir böyük irəliləyiş olmayacaq William Gilbert və Otto von Guericke və xüsusilə XNUMX-ci əsrdə Franklin, Priestlye və Coulomb əsərləri sayəsində.

Təbii hadisələr

Elektriklə əlaqəli təsirlər, boşalma verən balıqlardan şimşək çaxmasına qədər, qədim Misirdən bəri təfərrüatlı şəkildə təsvir edilmişdir, lakin heç kim bu hadisələri başa düşməmişdi və ya onlarla əlaqəli deyildi. Onlar bir sirr idi.

585-ci ildə yunan filosofu Miletli Thales, bir çox növ cisimləri cəlb edən kəhrəba ilə müqayisə edərək, dəmiri cəlb edən daş daşının xüsusiyyətlərini öyrəndi.. Kəhrəbanın bu xüsusiyyətinə ilk istinad edən o oldu. Yunan dilində kəhrəba elektron deməkdir.

XNUMX-ci əsrdə inqilab başlayır

Məsələ buradan çıxmağa başlayır. Onlar XNUMX-cu əsrin ikinci yarısında qızdırma ilə elektriklə bağlı getdikcə daha çox kəşflər etməyə başlayırlar.

Elektrik enerjisinin adını William Gilbert qoydu
William Gilbert (1544 - 1603)

1600-cü ildə William Gilbert qaya kristalının və bəzi qiymətli daşların sürtüldükdə kəhrəba kimi obyektləri də cəlb etdiyini aşkar etdi. Bütün bu maddələri elektrik adlandırdı, çünki onlar kəhrəba ilə eyni xüsusiyyətlərə malikdirlər yunan dilində dediyimiz kimi Elektron deyilirdi və hadisə elektrik adlanırdı. Bu ifadə onun məşhur De Magnete kitabında görünür.

Bizim sevimli elektrikimiz artıq buradadır. Bu elektrik, onları dəyişdirmək üçün heç bir dəyişiklik olmadığı təqdirdə bədənlərdə qaldığı üçün ona statik elektrik deyilirdi.

Uilyam Gilbert də elektroskopu icad etdi gövdənin yükləndiyini və ya yüklənmədiyini bildirən alət

Bloqda Evdə elektroskop necə hazırlanır

Otto von Guericke tərəfindən Kükürd topu

Otto von Guericke tərəfindən Kükürd topu

1660-cı ildə vakuum təcrübələri və 1602-ci ildə hava nasosunu icad etməklə məşhur olan Otto von Guericke (1686-1645) ilk sadə elektrostatik generatoru icad etdi. O, krank ilə ox ətrafında fırlanan və ələ sürtməklə elektrik cərəyanı yaradan bir top və ya kükürd kürəsindən ibarət idi.

O, qeyri-müəyyən müddətə yüklənə və boşaldıla bilərdi və hətta elektrikləşdirilmiş topu ilə qığılcım yaratmağı bacarırdı.

Guericke ərinmiş kükürdü içi boş bir şüşə kürəyə tökərək topunu düzəltdi. Kükürd soyuduqdan sonra şüşə qəlib qırıldı. Onlar daha sonra kəşf edəcəkdilər ki, şüşə kürə özü də eyni nəticələrə nail olub.

Hauksbee Merkuri Boşaltma Lampası və Generatoru

Elmi tədqiqatlar davam edir və ilk həqiqətən praktik istifadə görünür.

hauksbee generatoru

1706-cı ildə bu ingilis fiziki krank ilə fırlanan və sürtünmə nəticəsində kükürd topunun yükündən daha böyük elektrik yükü yaradan bir kristal kürə qurdu.

Evangelista Torriçellinin ixtira etdiyi civə barometrik cihazı silkələnib qaranlıqda boş hissəsinə baxılsa, işıq saçdığı müşahidə edilmişdir. Beləliklə, 1730-cu ildə Francis Hauksbee, ilk civə qaz boşaltma lampasını icad etdi. O, vakuum kamerasında kiçik bir kəhrəba diskini sürtmək üçün rotordan ibarət bir maşın hazırladı və bu kamerada civə buxarı olduqda o, alışdı.

Qəribə istifadələr

Kükürd topu haqqında bölmədə dediyim kimi, şüşə qəlib elektrostatik generator yaratmaq üçün kükürd qədər yaxşı işləyirdi. Beləliklə, Winkler elektrostatik maşınını pivə şüşələrindən rotor kimi istifadə edərək qurdu (mən bu anektodu yalnız veb və mən məlumatı müqayisə edə bilməmişəm. Mənə maraqlı və inandırıcı göründüyü üçün tərk edirəm, amma diqqətlə qəbul edin)

Elektrostatik elektrik və onun maşınları XNUMX-ci əsrdə insanların təcrübə etmək istədikləri oyuncaq halına gəldi. İnsanlar elektrik şokunu hiss etmək istəyirdilər və «elektrik öpüşü«, Cütlüyün statik elektriklə yüklənməsi və öpüşdükləri zaman bir qığılcım sıçraması üçün platformalara yerləşdirildiyi yer.

elektrik öpüşü, elektriklə sınaqdan keçirmək üçün XNUMX-cu əsrin salonu oyunu

Həmişə olduğu kimi, insanların elektrik şoku ilə xəstəlikləri sağalda biləcəklərini iddia etməsindən istifadə edən şarlatanlar peyda oldu. Maqnit xüsusiyyətləri ilə etdikləri kimi və indi də hər cür məhsullar, daşlar, ağartıcılar və s. Bəşəriyyət heç vaxt pikaresklərdən və fırıldaqçılardan xilas ola bilməyib.

Leyden şüşəsi

Leyden şüşəsi

1745-ci ildə Ewald Jürgen von Kleist (1700-1748) Leyden şüşəsini və ya Leyden qabını icad etdi. Elektrik enerjisini yığmağın yolunu axtararkən ağlına su və ya civə ilə doldurulmuş butulkadan istifadə etmək gəlib. Növbəti il ​​müstəqil olaraq fizik Cunnaeus Hollandiyanın Leyden şəhərində eyni həll yoluna gəldi. Bu, hazırda ixtira üçün bildiyimiz addır.

Leyden şüşəsi kondansatörlərin öncülüdür və onun öyrənilməsindən və innovasiyasından bu elementlər yaranmışdır. Şüşənin içərisində enerji saxlamaq üçün hansı maddələrin daha yaxşı olduğunu öyrəndikdən sonra anladılar ki, şüşəni boş qoysanız və şüşənin içərisinə və xaricinə metal qatı əlavə etsəniz, elektrostatik enerji də toplanmış olur.

Və bu artıq a kondenser cari. Dielektriklə ayrılmış iki metal təbəqə.

Beləliklə gəlirik ilk məlum qurban və qeydlərBunun səbəbi elektrik cərəyanı vurmasıdır (təbii ki, ildırım vurması nəticəsində ölənləri nəzərə almasaq). Daha yüksək yüklərə nail olmaq üçün bir neçə Leyden şüşəsini birləşdirərək akkumulyator yaratmağa başladılar.

Leyden şüşə batareyası

Fransız abbat Nollet quşlar və balıqlar kimi kiçik heyvanların Leyden küpünün axıdılmasından dərhal öldüyünü göstərsə də, heç kim onların oynadıqları bu yeni enerjinin gətirə biləcəyi təhlükəni təsəvvür etmirdi.

6 avqust 1783-cü ildə Sankt-Peterburqda professor Riçman və köməkçilərini dolduran kondansatörlərdən ildırım vurdu. Köməkçiyə heç nə olmadı, amma Riçman dərhal öldü. Tibbi hesabatda deyilir:

Yalnız alnında kiçik bir deşik, yanmış sol ayaqqabı və ayağında mavi ləkə var idi. […] Beyin yaxşı idi, ağciyərin ön hissəsi sağlam idi, ancaq arxa hissəsi qəhvəyi və qan içində qara idi.

Necə qurulur şüşə evdə hazırlanmış Leyden.

Benjamin Franklin və ildırım çubuğu

Benjamin Franklin və uçurtma ilə ildırım çubuğunun kəşfi

Ola bilsin ki, elektrostatikanın ən məşhur hekayəsi Benjamin Franklin və onun kometlərinin fırtınalı günlərdəki hekayəsidir. Benjamin Franklin Leyden butulkalarının pərəstişkarı idi.

Həddindən artıq olduqda təklif etdi elektrik mayesi adlanacaq müsbət elektrik və çatışmazlıq olduqda, mənfi elektrik.

Leyden şüşələrinin necə boşaldığını müşahidə edərək, o, tükəndikdə onun səsə çox bənzər bir qığılcım, ildırım gurultusuna bənzər bir qığılcım buraxdığını müşahidə etdi.

1745-ci ildə elektriklə bağlı təcrübələrə başladı. O, ildırımın elektrik yükü olduğuna dair intuisiyaya malik idi və bunu sübut etmək istəyirdi.

1751-ci ildə fırtınada metal ucu olan uçurtma uçurdu, ipək sapa bağlanmışdı. Sonda, Franklinin yaxınlığında, metal açarı olan ikinci bir sim var idi. O, ildırımdan gələn enerjini Leyden şüşələrində saxlamaq üçün gəldi.

Təcrübələri üçün tez bir tətbiq tapdı, ildırımötürən. O, şüşələrin iynəsi olsa daha tez boşaldığını müşahidə etmişdi və şüaların binalara getdiyi və yükləndiyi qənaətinə gəldiyi üçün sivri uclu metal çubuq qoyaraq onu yerə bağlamağı düşündü. boşalmaq.

1752-ci ildə fikirlərini nəşr etdi Yazıq Riçardın Almanaxı və binalarda ildırım çubuqları quraşdırıldığı üçün müvəffəqiyyət qazandı.

Coulomb qanunu

1785-ci ildə məşhur qanununu elan etdi.

Coulomb qanunu
İstifadəçidən: DNT-Dennis, CC BY 3.0,

Təcrübələrindən belə nəticəyə gəlmək olar ki, qüvvələr arasında təsir göstərir iki elektrik yükü istirahətdə (elektrostatik)vakuumda yerləşən və ölçüləri onları ayıran məsafə ilə müqayisədə kiçik olan, aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir (vaxtında olan yüklər üçün):

  1. Hər iki yükü birləşdirən xəttin istiqamətində hərəkət edir.
  2. İttihamların fərqli və eyni olduqda iyrənc olması cəlbedicidir
  3. Yüklərin miqdarının məhsulu ilə mütənasibdir
  4. Onları ayıran məsafələrin kvadratı ilə tərs mütənasibdir.

Beynəlxalq Vahidlər Sistemində elektrik yükünün vahidi Amper (A) olan I cərəyan intensivliyinin əsas vahidindən başlayaraq müəyyən edilən kulondur (C)


Disk rotoru və yığını

1800-cü ildə birinci disk əsaslı generatorlar. Sənin inventor Winter idi, əl sürtünmə üçün civə ilə hazırlanmış dəri yastıqla əvəz olunur, beləliklə daha davamlı nəticə əldə edilir.

Eyni zamanda, təxminən 1799-cu ildə ilk elektrolitik təcrübələr aparıldıLeyden şüşələri ilə müqayisədə eyni və ya daha yaxşı nəticə əldə edilmişdir.

En 1800 Alessandro Volta ilk elektrik batareyasını, voltaik batareyanı təqdim etdi Bu, tam bir inqilab idi, çünki o, elektrostatik problemlərin bir çoxunu dəf etdi və davamlı və iradəsi ilə enerji istehsal etməyə imkan verdi. Başqa bir essedə kimyəvi batareyaların tarixinin xronologiyası ilə məşğul olacağam.

Elektrik generatoru və Faraday qəfəsi

1836-cı ildə Faraday tarazlıqda olan bir keçiricinin daxilindəki elektromaqnit sahəsinin sıfır olduğu bu fenomeni kəşf etdi.

Bu gün bu konsepsiya dalğalanmadan qorunma kimi istifadə olunur bir çox radiolarda, sabit disklərdə, televizorlarda, təkrarlayıcılarda və təyyarələrdəki elektron avadanlıqları ildırımdan yanmaqdan qorumaq üçün.

Əvvəllər 1831-ci ildə sabit cərəyan elektrik generatorunu icad etdi, A dinamo. O kəşf etdi ki, qapalı dövrəni maqnit sahəsində hərəkət etdirsək, elektrohərəkətçi qüvvə yaranır.

Wimshurst maşını

Wimshurst maşın elektrostatik generator

Onlar ən qabaqcıl elektrostatik disk generatorlarıdır və onlar yavaş-yavaş elmi maraq və uşaqlar üçün oyuncağa çevrilən bu tip maşınların zirvəsini təmsil edir.

Bu, elektrostatik induksiya ilə elektrik yüklərinin generatorudur. Bu bölmədə bu tip generatorlar Wilhelm Holtz (1865 və 1867), August Toepler (1865) və J. Robert Voss (1880) tərəfindən hazırlanmışdır. Lakin onlar daha az səmərəli maşınlar idi və polariteyi çox dəyişməyə meyllidirlər.

Wimshurst maşını bütün bu problemləri həll etdi. 200.000 ilə 300.000 volt arasında gərginlik əldə edilir.

Çox yaxşı nəticələr əldə edildi və onlar rentgen borularını qidalandırmaq üçün istifadə edildi.

Bloqda Wimshurst maşını necə hazırlanır


Ruhmkorff induksiya sarğısı

İnduksiya bobini

1857-ci ildə Heinrich Daniel Ruhmkorf induksiya sarğısını icad etdi, aşağı gərginlikli birbaşa cərəyandan yüksək gərginlikli impulslar göndərməyə imkan verən bir növ transformator.

Bu kəşf bütün elektrostatik maşınları sıradan çıxarmağa başlayan kəşf idi. Bu, onları köhnəldi.


Van De Graaff generatoru

Van de Graaff elektrostatik generatoru
De Zatonyi Şandor, (əgər) Fizped - Öz işi, CC BY 3.0,

Biz bir timeskip götürüb gedirik 1931-ci ildə Robert Van de Qraff 20 milyon voltluq yüksək gərginlik yaratmaq üçün onun adını daşıyan generatoru icad etdi. laboratoriyada hissəcikləri sürətləndirmək üçün .. İlk modelində 1,5 milyon Volt olduğunu bildirdi.

Bu birbaşa cərəyan generatorudur. Yükləri kəmərdən aşağı boş elementə, adətən kürəyə göndərir.

Van de Qraff sürətləndiricisi tərəfindən saxlanılan ən yüksək potensial "Oak Ridge Milli Laboratoriyasında" "Holifield Radioactive Ion Beam Facility"də Tandem tərəfindən əldə edilən 25.5 MV-dir.

İkkaroda Bir generatoru necə etmək olar Van de Qraff


Elektrostatik buxar generatoru

Mən bu generatoru misal çəkmək istəyirəm, çünki onun fəaliyyəti indiyə qədər gördüyümüzdən fərqli prinsipə əsaslanır.

Bir burun vasitəsilə sıxılan nəm buxar elektrik yükünə səbəb olur. Onlara qulluq etmək çətin və çox bahalı maşınlar idi, lakin öz dövrlərində yaxşı nəticələr verdilər.

Nəticə

Elektrik enerjisi XVII əsrdən bu günə qədər böyük texniki və nəzəri irəliləyişlərə malik olmuşdur. XIX əsrin ikinci yarısı olmaqla, yüzlərlə irəliləyiş və modifikasiya ilə mühəndislik apoteozudur.

Bu sınaqda biz istehsal olunan elektrostatik generatorlar vasitəsilə statik elektrikin təkamülünü izlədik. Onun kəşfindən son generatorlara qədər.

Gördüyünüz kimi, qeyd etsəm də, mən elektrik batareyaları, elektroliz, birbaşa və dəyişən cərəyanın yaranması, cərəyanların müharibəsi və ya elektrik enerjisinin tarixi ilə bağlı çoxlu müxtəlif mövzulara girməmişəm. , lakin o qədər geniş mövzudur ki, mən elektrostatikaya diqqət yetirərək onu daraltmaq istədim, deyək ki, elektrikin kəşfindən sonra ilk mərhələdir.

Əgər elektrostatika sahəsində mühüm bir məqam qoyub getdiyimi görsəniz və ya onu araşdıran ixtiraçılar, mühəndislər və alimlər mənə şərh yazmaqdan çəkinməyin.

Fuentes

Şərh yaz