Desde la escuela, todo el mundo ha oído hablar de una maravillosa cosa eléctrica con el nombre de "frasco de Leyden". Sin embargo, después de hablar con algunos de mis amigos que están lejos de la tecnología, me sorprendió descubrir que, en su opinión, la botella de Leyden es una especie de artefacto maravilloso, solo superado por los "inventos sin resolver de Tesla". Desafortunadamente, la botella de Leyden es solo un capacitor primitivo, y también tiene un diseño primitivo...

Un capacitor es algo simple, consta de dos placas conductoras con un dieléctrico entre ellas. La capacitancia de un capacitor depende del área de estas placas, de la distancia entre ellas (cuanto más cerca están, mayor es la capacitancia) y de la constante dieléctrica del dieléctrico (es decir, del material entre las placas) .

En general, es extraño que la botella de Leyden no se haya inventado antes de 1745. Su inventor hizo experimentos con la electricidad vertiendo agua en una jarra y clavándole un alfiler, que estaba cargado estáticamente. Sosteniendo el alfiler, colocó su mano en el costado de la lata. El electrodo interno del capacitor era el líquido en el frasco y el electrodo externo era la palma aplicada al vidrio. Resultó un circuito cerrado a través del inventor, e inmediatamente lo sintió (es difícil no sentirlo). Sospecho que la botella de Leyden se había abierto muchas veces antes, pero a todos les pareció que habían sido pateados a través de los contactos; solo una persona notó que el vidrio es un dieléctrico.

Sin embargo, comienzan más conceptos erróneos.
Si rápidamente quedó claro que dos capas de papel de aluminio en ambos lados del vidrio eran suficientes para el funcionamiento de la botella de Leyden, entonces no todo estaba tan claro con el recipiente. Se creía que capacitancia electrica la jarra no depende de la superficie de sus paredes, sino del volumen. Y así, casi hasta principios del siglo XX, se construyeron botellas de Leyden de varios litros y, para aumentar su capacidad, se conectaron a baterías.

Esto por sí solo es un amplio campo de actividad para el asesino a sueldo.
es suficiente para hacer condensadores planos apilando hojas de papel de aluminio y mica y conectando el papel de aluminio a través de una. La capacidad será mucho mayor que en la clásica botella de Leyden, y el peso y volumen será mucho menor. Puede tomar una patente, muy beneficiosa para el siglo XVIII.

Lo bueno de un condensador es que se puede construir en cualquier sociedad que conozca los metales. Después de todo, puede tomar cualquier metal: el mismo cobre es más que adecuado. Y también puede tomar cualquier dieléctrico, desde papel encerado hasta aire. Aunque hay que jugar con él, para que el dieléctrico sea adecuado para cualquier humedad, no se degrade con el tiempo y no se derrita por el calor. mica es una de las mejores opciones, la constante dielectrica ella tiene 7.5 (el cuarzo tiene 4, y tiene 4.5, y tiene 4.7). Por supuesto, hay opciones con cerámicas, donde la constante dieléctrica va de 10 a 20, pero estas son cerámicas especiales, como las que no son baratas.
Solo hay que recordar que el voltaje que el capacitor puede soportar antes de romperse depende de la calidad del dieléctrico. La clásica botella de Leyden es buena porque tiene un dieléctrico - vidrio, lo que te permite construir botellas de muy alto voltaje, incluso si tienen una capacidad pequeña.

El condensador se comporta de manera muy interesante si no está conectado a corriente continua, sino a corriente alterna. CORRIENTE CONTINUA no pasa a través del capacitor, porque el aislante entre las placas es un circuito abierto. Pero si aplica una corriente alterna, entonces comienza a cargar alternativamente las placas y el capacitor se convierte en un conductor, más precisamente, en una resistencia. Adquiere la llamada reactancia. Y esta resistencia depende de la capacitancia del capacitor y de la frecuencia de la corriente. Los capacitores pequeños conducen mejor la alta frecuencia. corriente alterna y viceversa.

¿Por qué necesitas un condensador en la antigüedad? Dejemos las preguntas de radio para otros artículos. Un condensador es muy útil para fines rituales. El recuerdo de la primera descarga eléctrica permanecerá con el neófito hasta la tumba. Y el bateador probablemente desarrollará el hábito de poner a tierra el altar antes de trabajar con él...

TARRO DE LEYDEN, un condensador cilíndrico de capacidad constante; consiste en un recipiente de vidrio cilíndrico (frasco), cuyas superficies interior y exterior están cubiertas con papel de aluminio (placas de condensador), que no alcanzan la abertura del frasco en aproximadamente 1/4 de la altura (Fig. 1). Una varilla de metal que atraviesa el cuello de la lata está en contacto con el revestimiento interior de la lata por medio de un alambre o cadena flexible. La bola que termina la varilla es uno de los polos del condensador; el revestimiento exterior es su otro polo. La capacidad de una botella de Leyden se puede calcular aproximadamente utilizando la fórmula general para condensadores técnicos:

donde ε es la constante dieléctrica del vidrio, S es el valor medio (en cm 2 ) de las superficies de las placas, d es el espesor medio (en cm) de la pared, o mejor, según una fórmula especial ( para condensadores cilíndricos):

donde I es la longitud de la botella de Leyden y r es su radio interior; se supone que l > r > d. La capacidad de una botella de Leyden es insignificante, no más de 15 000 cm3 Para obtener grandes capacidades, las botellas de Leyden se combinan en baterías. La botella de Leyden puede soportar una diferencia de potencial significativa en sus placas, del orden de varias decenas de miles de voltios (V). La desventaja de la botella de Leyden: capacidad insignificante, con un tamaño relativamente grande del espacio ocupado y fragilidad.

La jarra de Leiden se inventó en 1745 en Leiden (de ahí su nombre). Durante mucho tiempo fue una forma muy común de condensadores. En la actualidad, los bancos de Leyden en su forma original se utilizan relativamente raramente en instalaciones industriales. La forma industrial de las botellas de Leyden son las botellas de Leyden de la empresa Schott, que desarrolló un vidrio especial (minos) con pérdidas mínimas y un condensador Moscitzky (Fig. 2). Este último se fabrica en forma de latas largas de pequeño diámetro a partir de tipos especiales de vidrio con bajas pérdidas dieléctricas. Tapas - plateadas, recubiertas galvánicamente con una capa de cobre para un mejor ajuste de las tapas al vidrio. En la boca de la lata se fija un aislador de porcelana, a través del cual pasa una varilla, en contacto con el revestimiento interior. El condensador se instala en un recipiente protector de metal y el espacio entre el revestimiento exterior del condensador y la pared del recipiente protector se llena con refrigerante.

El químico, físico e historiador de la ciencia inglés Joseph Priestley llamó a la experiencia de Leiden el descubrimiento más notable en el campo de la electricidad. Esta experiencia, que coronó la invención del primer capacitor, fue una sensación científica del siglo XVIII: todos quedaron fascinados por una larga chispa azulada y asombrados por la "descarga eléctrica" ​​cuando se descargó una botella de Leyden a través del cuerpo del experimentador; los conocedores apreciaron la capacidad de la botella de Leyden para acumular una gran carga y almacenarla durante mucho tiempo.

El museo-estado "Arkhangelskoye" cerca de Moscú alberga una pintura del artista Charles-Amedei Van Loo "Experiencia eléctrica" ​​(1777). ¿Cuál es, de hecho, la experiencia, tan auténticamente representada por el artista?

Antes de la invención de la “columna voltaica” (1799), solo las máquinas basadas en la electrificación por fricción servían como fuentes de electricidad de laboratorio. En la imagen se muestra una máquina de este tipo: una bola de vidrio que, cuando gira, roza una almohadilla y genera una carga (anteriormente, la bola simplemente se frotaba contra las manos de un asistente). La niña, representada en el centro de la imagen, está de pie sobre un soporte aislante. La vara, que la niña sostiene en su mano izquierda, casi toca la bola giratoria. Las chispas son visibles entre la bola y la barra. El cuerpo humano es, en general, un buen conductor, por lo que la otra varilla que la niña sostiene en su mano derecha también resulta cargada.

El principal participante en el experimento es un negro pobre. En su mano derecha sostiene una vasija de agua, en la cual se sumerge la vara que acabamos de mencionar. La vasija es la botella de Leyden en su versión original (1745). En el frasco de Leiden que se muestra en la imagen, el vidrio es el dieléctrico, el agua es el electrodo interno y la palma del experimentador es el electrodo externo. La imagen muestra el momento de cargar el condensador. Pasará un momento, el negro acercará su mano libre a la varilla, saltará una chispa entre la varilla y la mano, y el condensador se descargará a través del negro, que experimentará una descarga eléctrica.

Uno de los primeros estudios de la botella de Leyden fue realizado por el científico, educador y político estadounidense Benjamin Franklin, quien estableció, en particular, que cargas iguales en magnitud y de signo opuesto se acumulan simultáneamente en la botella de Leiden.

Franklin se preguntó dónde, de hecho, "sientan" los cargos en la botella de Leyden. Para responder a esta pregunta, Franklin hizo el siguiente experimento. Cargó la botella de Leyden y luego sacó la varilla de ella y vertió el agua "electrificada" en otra vasija. El experimento de Leiden con este recipiente no funcionó, pero, habiendo vertido agua nueva en el primer recipiente de Leiden, Franklin la descargó a través de su cuerpo y experimentó una descarga eléctrica de casi la misma fuerza que si no hubiera vertido el agua "electrificada". agua. Franklin concluyó que las cargas "se asientan" en el vaso, y no en el agua, como supuso al principio.

Esta experiencia es descrita por muchos historiadores de la ciencia, quienes al mismo tiempo, explícita o implícitamente, confirman la validez de la conclusión de Franklin. Desafortunadamente, el estudio de Addenbrook (1922), que mostró la falacia de la conclusión de Franklin, pasó casi desapercibido.

Addenbrook fabricó un condensador plegable, que consta de tres cilindros: uno de vidrio y dos de metal, que se ajustan firmemente al vidrio por dentro y por fuera, respectivamente. El investigador cargó dicho capacitor, luego lo desmanteló con cuidado y puso en contacto cilindros de metal entre sí. Si los cilindros estaban cargados, naturalmente deberían haberse descargado. Addenbrooke volvió a montar el condensador. Como en el experimento de Franklin, el capacitor resultó estar cargado casi igual que originalmente. Pero Addenbrooke tardó en confirmar la conclusión de Franklin. Hizo un experimento similar con un cilindro de parafina en lugar de uno de vidrio, y en este caso el resultado fue el opuesto al de Franklin: el capacitor restaurado estaba descargado y las cargas, como se vio después, "se asentaron" en cilindros-placas de metal. (claro, hasta que se tocaron).

Addenbrooke concluyó que el "efecto Franklin" se debe a la película de agua, que en condiciones normales siempre está cubierta de vidrio. El hecho es que las cargas en un estado de equilibrio se encuentran en la superficie del conductor, cuyo papel solo lo desempeña una película de agua. Cuando se retira el conductor (drenaje de agua, por ejemplo), casi todas las cargas del conductor permanecen en esta película. Si el vidrio se seca completamente y el experimento se lleva a cabo en una atmósfera seca, entonces no se observa el "efecto Franklin".

Por supuesto, en el experimento de Franklin siempre hay un "flujo" de iones sobre el vidrio, pero este efecto es insignificante. El efecto electret también es insignificante en este caso. Cabe señalar que la película de agua en el borde de la vasija de Leyden no impide su carga debido a la baja movilidad de los iones (la descarga del condensador sobre la película se produce mucho más lentamente que su carga).

Hay muchos problemas escolares en física, que se ocupan de experimentos mentales con la eliminación y sustitución de dieléctricos de condensadores. En este caso, se da a entender tácitamente que no hay "efecto Franklin", es decir, solo se cargan las placas del condensador. Como puede ver, en realidad la situación es más complicada.

Hola. Me gustaría mostrar cómo se fabrica una botella de Leyden o el condensador más simple.
Pero primero, un poco de información para los que no saben de qué se trata, pero para los que saben, pueden saltar o leer para refrescar la memoria.
Tarro de Leiden - el primero condensador electrico, inventado por el científico holandés Pieter van Muschenbroek y su alumno Kuneus en 1745 en Leiden. Paralelamente e independientemente de ellos, el científico alemán Ewald Jürgen von Kleist inventó un dispositivo similar llamado "banco médico".
Este viejo dispositivo puede acumular electricidad estática, lo que me atrajo.

Consiste en un recipiente (lata) envuelto en papel aluminio por fuera y pegado por dentro con el mismo papel aluminio por dos tercios de la altura, serán las placas de nuestro condensador, y el recipiente (por cierto, no debe pasar electricidad) será un dieléctrico entre ellos.

De las herramientas que necesitaba:
1) Tijeras.
2) Punzón.
3) Alicates.
4) Soldador.
De materiales:
1) Capacidad.
2) Lámina.
3) Un trozo de alambre de cobre.
4) Escocés.
5) Una bola de un rodamiento.

Asi que. Como base, tomé el contenedor del extremo soldadura en frio. Al principio quería de un tarro de cristal, pero todos eran de paredes gruesas y grandes.

Corté un trozo de papel de aluminio para la parte inferior (para aumentar el área útil y, por lo tanto, aumentar la productividad).

Luego, envolví la pared de mi contenedor con papel de aluminio en el exterior, tratando de que el papel de aluminio se ajustara lo más posible, porque esto también afecta la cantidad de carga que acumulará.

Por cierto, en el primer frasco de Leiden, esta lámina fue reemplazada con éxito por la mano del científico Muschenbrook (Muschenbrek) (1692-1761), quien agarró el recipiente y se dio cuenta de que era mejor no tocar el cable que estaba conectado a la máquina electrostática que cargó la botella de Leyden.
Después de buscar en los contenedores, encontré una bola del rodamiento, es una pena, por supuesto, que no haya un diámetro mayor, pero también recoge bien la electricidad estática.

Decidí arreglarlo soldando. Para empezar, limpié el lugar de soldadura con papel de lija.

Luego lo estañé con colofonia y soldé el alambre de cobre con la bola.

La foto inferior muestra la cadena que puse en contacto con el forro interior, pero posteriormente abandoné el foil (por falta de pegamento o cinta de foil) que está dentro y reemplazando el foil por agua, se desmontó.

Y aquí está en forma completa.

No tengo una máquina electrostática para comprobar todavía.
Tuve que cargarlo con un televisor (zomboyaschik). Habiendo gateado dos o tres veces en la pantalla con una pelota, recogió una cantidad suficiente de cargas eléctricas para descargar una chispa.

Y late, te diré que no enfermizo, más fuerte que el elemento piezoeléctrico de un encendedor.
No quería, por supuesto, repetir la experiencia de Peter Van Muschenbroek, pero tuve que hacerlo por mi descuido y mi facilidad para distraerme.

Para aquellos que quieren hacer un frasco de Leyden con mis propias manos y no se como hacerlo, puedo decir lo siguiente:

El recipiente también puede ser de vidrio. Para una botella de Leyden pequeña, es mejor si las paredes son más delgadas.

En lugar de papel de aluminio, es más conveniente usar cinta de aluminio y asegurarse de que no queden burbujas de aire entre la cinta y el recipiente.

Si tu decides en el interior pegue las latas con cinta de aluminio, luego es necesario asegurarse de que el cable con la bola toque el revestimiento interior (puede soldar alambre trenzado y hacer, por así decirlo, un cepillo o hacer un tipo de resorte a partir de un cable de un solo núcleo, en general, hay muchas opciones). Y si con agua, entonces el cable debe tocar el agua.

La bola puede estar hecha de cualquier material, incluso un dieléctrico, solo que también deberá cubrirse con papel de aluminio (y para que el papel de aluminio toque el cable), si lo desea rápidamente, simplemente puede rodar la bola de papel de aluminio.

Incluso puedes cargarlo con un peine, bolígrafo, etc. solo esto es ineficaz, es mejor si no hay una máquina de electroforos, cargue desde la pantalla del televisor (solo son adecuados aquellos con un tubo de rayos catódicos).

Y por último, me gustaría recordaros la técnica de seguridad en sí, porque esto es lo principal. No repitas mi error, estate atento. Por supuesto, no morirá por la carga acumulada de una pequeña botella de Leyden (dependiendo de muchos factores, incluido su estado de salud), pero si la hace grande o la conecta a una máquina de electroforos, entonces es muy posible. Es gracias a los frascos de Leyden que la máquina de electróforos desarrolla su poder y emite (algunas) chispas tan largas y aterradoras, ya que la carga eléctrica recolectada se acumula en los frascos ...