Das Leyden Flasche Es ist eine dünne Glasflasche oder ein Krug, der innen ein eng anliegendes Metallblech und außen einen weiteren ebenso dichten Metallfilm enthält.
Es ist das erste elektrische Gerät in der Geschichte, das zum Speichern elektrischer Ladungen verwendet wurde, indem es einfach entweder durch den Stab oder durch die äußere Folie mit einem Stab berührt wurde, der zuvor durch Reibung (triboelektrischer Effekt) oder durch elektrostatische Induktion aufgeladen wurde. Eine Spannungsquelle wie eine Zelle oder eine Batterie kann ebenfalls verwendet werden.
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Die Erfindung der Leyden-Flasche wurde Pieter van Musschenbroek, Professor für Physik an der Universität Leyden im Jahr 1745, zugeschrieben. Unabhängig und gleichzeitig gelang es dem deutschen Erfinder Ewald Georg von Kleist, statische Elektrizität mit ähnlichen Flaschen zu speichern, was die Niederländer vorwegnahm.
Musschenbroek hatte die Hilfe eines Anwalts namens Cunaeus, den er in sein Labor in Leyden eingeladen hatte. Dieser kluge Charakter bemerkte als erster, dass sich die Ladung ansammelte, indem er die Flasche mit der Hand hielt, während er die Stange oder Nadel mit der elektrostatischen Maschine auflud..
Nachdem Professor Musschenbroek alle mit seiner Erfindung überrascht hatte, wurde die nächste Verbesserung der Leyden-Flasche, als das Gerät schließlich getauft wurde, 1747 dank John Bevis, einem Arzt, Forscher und nicht zuletzt dem Astronomen, der den Krebsnebel entdeckte, vorgenommen.
Bevis bemerkte, dass es nicht nötig war, die Flasche mit der Hand zu halten, wenn Sie sie außen mit einem dünnen Blatt bedeckten..
Er erkannte auch, dass das Befüllen mit Wasser oder Alkohol nicht notwendig war (die ursprüngliche Musschenbroek-Flasche war mit Flüssigkeit gefüllt) und dass nur die Innenwand der Flasche mit Metallfolie bedeckt werden musste, die mit dem Stab in Kontakt stand, der durch den Korken führt ..
Spätere Experimente ergaben, dass sich mehr Ladung ansammelte, wenn das Glas dünner und die angrenzende Metalloberfläche ausgedehnter wurde..
Die Teile einer Leyden-Flasche sind in Abbildung 1 dargestellt. Das Glas wirkt als Isolator oder Dielektrikum zwischen den Platten und dient zusätzlich dazu, ihnen die notwendige Unterstützung zu geben. Die Platten sind normalerweise dünne Folien aus Zinn, Aluminium oder Kupfer.
Ein Isolator wird auch verwendet, um den Deckel des Glases herzustellen, beispielsweise trockenes Holz, Kunststoff oder Glas. Die Abdeckung wird von einem Metallstab durchbohrt, an dem eine Kette hängt, die dazu dient, elektrischen Kontakt mit der inneren Platte herzustellen..
- Glas, so dünn wie möglich
- Metallfolie (Aluminium, Zinn, Kupfer, Blei, Silber, Gold) zum getrennten Abdecken der Innen- und Außenseite der Flasche.
- Lochende Isoliermaterialabdeckung.
- Metallstab, der durch den perforierten Deckel geht und der am inneren Ende eine Kette oder ein Kabel hat, das metallischen Kontakt mit dem inneren Blatt der Flasche herstellt. Das andere Ende des Stabes endet im Allgemeinen in einer Kugel, um Lichtbögen aufgrund von angesammelten Ladungen an den Spitzen zu vermeiden..
Um die Akkumulation elektrischer Ladung zu erklären, muss zunächst der Unterschied zwischen Isolatoren und Leitern festgestellt werden..
Metalle sind leitend, weil sich Elektronen (Träger elementarer negativer Ladung) in ihnen frei bewegen können. Dies bedeutet nicht, dass das Metall immer geladen ist, sondern dass es neutral bleibt, wenn die Anzahl der Elektronen der Anzahl der Protonen entspricht..
Im Gegensatz dazu fehlt den Elektronen in Isolatoren die typische Beweglichkeit von Metallen. Durch Reibung zwischen verschiedenen Isoliermaterialien kann es jedoch vorkommen, dass Elektronen von der Oberfläche eines von ihnen zur Oberfläche des anderen gelangen..
Zurück zur Leyden-Flasche: In vereinfachter Form handelt es sich um eine Metallfolie, die durch einen Isolator von einer anderen leitfähigen Folie getrennt ist. Abbildung 3 zeigt eine schematische Darstellung.
Angenommen, die externe Platte ist entweder von Hand oder über einen Draht geerdet. Wenn sich ein Stab nähert, der durch Reiben positiv geladen wurde, wird der Stab, der mit der inneren Platte verbunden ist, polarisiert. Dies führt zu einer Ladungstrennung im Ganzen Stangeninnenplatte.
Elektronen auf der Außenplatte werden von den positiven Ladungen auf der gegenüberliegenden Platte angezogen und mehr Elektronen erreichen die Außenplatte vom Boden aus.
Wenn diese Verbindung unterbrochen wird, wird die Platte negativ geladen, und wenn der Stab getrennt wird, wird die innere Platte positiv geladen..
Die Leyden-Flasche war der erste bekannte Kondensator. Ein Kondensator besteht aus zwei durch einen Isolator getrennten Metallplatten, die in Elektrizität und Elektronik als unverzichtbare Schaltungselemente bekannt sind..
Der einfachste Kondensator besteht aus zwei flachen Flächenplatten ZU trennte eine Entfernung d viel kleiner als die Größe der Platten.
Die Kapazität C. Das Speichern von Ladung in einem Flachplattenkondensator ist proportional zur Fläche ZU Platten und umgekehrt proportional zur Trennung d zwischen Platten. Die Proportionalitätskonstante ist elektrische Permittivität ε und sie sind im folgenden Ausdruck zusammengefasst:
C = ε⋅A / d
Der durch die Leyden-Flasche gebildete Kondensator kann durch zwei konzentrische zylindrische Platten mit Radien angenähert werden zu intern und Radio b für die Eingangspaneel und Höhe L.. Der Unterschied in den Radien ist genau die Dicke des Glases d Was ist der Abstand zwischen den Platten.
Die Kapazität C. eines zylindrischen Plattenkondensators ist gegeben durch:
C = ε⋅2πL / ln (b / a)
Wie aus diesem Ausdruck abgeleitet werden kann, hat das Gerät umso mehr Kapazität, je länger die Länge L ist.
In dem Fall, dass die Dicke oder Trennung d ist viel kleiner als der Radius, dann kann die Kapazität durch den Ausdruck der flachen Platten wie folgt angenähert werden:
C ≈ ε⋅2πa L / d = ε⋅p L / d
Im obigen Ausdruck p ist der Umfang der zylindrischen Platte und L. die Höhe.
Unabhängig von der Form die maximale Belastung Q. dass sich ein Kondensator ansammeln kann, ist proportional zur Ladespannung V., die Kapazität sein C. des Kondensators die Proportionalitätskonstante.
Q = C.⋅ V.
Mit leicht verfügbaren Materialien zu Hause und einigen manuellen Fähigkeiten können Sie Professor Musschenbroek emulieren und eine Leyden-Flasche bauen. Dafür benötigen Sie:
- 1 Glas oder Plastikglas, wie Mayonnaise.
- 1 perforierte Kunststoffisolierkappe, durch die ein starrer Draht oder Kabel geführt wird.
- Rechteckige Küchenfolienstreifen zum Abdecken, Kleben oder Anhaften an der Innen- und Außenseite des Glases. Es ist wichtig, dass die Aluminiumbeschichtung nicht den Flaschenrand erreicht, sondern etwas höher als die Hälfte sein kann.
- Ein flexibles Kabel ohne Isolierung, das an der Innenseite der Stange so gespleißt ist, dass es mit der Aluminiumfolie in Kontakt kommt, die die Innenseite der Flaschenwand auskleidet.
- Metallkugel (wird oben auf den Deckel gelegt, um die Wirkung von Stacheln zu vermeiden).
- Nicht isolierter Draht, der mit der äußeren Aluminiumfolie verbunden werden soll.
- Lineal und Schere.
- Tesafilm.
Hinweis: Eine andere Version, die das Aufbringen der Aluminiumfolie auf die Innenseite vermeidet, besteht darin, die Flasche oder das Glas mit einer Lösung aus Wasser und Salz zu füllen, die als innere Platte fungiert..
Decken Sie die Flasche innen und außen mit den Aluminiumfolienstreifen ab. Falls erforderlich, werden sie mit dem Klebeband befestigt. Achten Sie darauf, dass Sie die Flaschenmitte nicht zu stark überschreiten.
- Stechen Sie vorsichtig in die Kappe, um durch den blanken Kupferdraht oder das blanke Kupferkabel zu gelangen und die innere Aluminiumfolie der Flasche mit der Außenseite in Kontakt zu bringen, wo die leitende Kugel direkt über der Kappe platziert werden sollte.
- Mehr nicht isolierter Draht wird verwendet, um den Außenmantel zu binden und eine Art Griff herzustellen. Die gesamte Baugruppe sollte wie in den Abbildungen 1 und 4 dargestellt aussehen.
Sobald die Leyden-Flasche gebaut ist, können Sie damit experimentieren:
Wenn Sie einen alten Fernseher oder Monitor mit einem Kathodenstrahlbildschirm haben, können Sie damit die Flasche aufladen. Halten Sie dazu die Flasche mit einer Hand an der Außenplatte, während Sie das Kabel, das mit dem Innenteil verbunden ist, schließen und den Bildschirm berühren..
Das an der Außenseite befestigte Kabel sollte sich in der Nähe des Kabels befinden, das von der Innenseite der Flasche kommt. Beachten Sie, dass ein Funke auftritt, der anzeigt, dass die Flasche elektrisch geladen wurde..
Wenn Sie keinen geeigneten Bildschirm haben, können Sie die Leyden-Flasche laden, indem Sie sie nahe an ein Wolltuch halten, das Sie gerade aus dem Wäschetrockner genommen haben. Eine weitere Option für die Ladequelle besteht darin, ein Stück Kunststoffrohr (PVC) zu nehmen, das zuvor geschliffen wurde, um Fett und Lack zu entfernen. Reiben Sie das Röhrchen mit einem Papiertuch ab, bis eine ausreichende Ladung erreicht ist.
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