Fin dai tempi della scuola, tutti hanno sentito parlare di una meravigliosa cosa elettrica con il nome "Barattolo di Leida". Tuttavia, dopo aver parlato con alcuni dei miei amici che sono lontani dalla tecnologia, sono rimasto sorpreso di scoprire che il vaso di Leida nella loro comprensione è una specie di meraviglioso artefatto, secondo solo alle "invenzioni irrisolte di Tesla". Sfortunatamente, il vaso di Leida è solo un condensatore primitivo, ed è anche primitivo nel design ...

Un condensatore è una cosa semplice, è costituito da due piastre conduttive con un dielettrico tra di loro. La capacità di un condensatore dipende dall'area di queste piastre, dalla distanza tra loro (più sono vicine, maggiore è la capacità) e dalla costante dielettrica del dielettrico (cioè dal materiale tra le piastre) .

In generale, è strano che il vaso di Leida non sia stato inventato prima del 1745. Il suo inventore fece esperimenti con l'elettricità versando dell'acqua in un barattolo e infilandovi uno spillo, che era caricato staticamente. Tenendosi al perno, posò la mano sul lato della lattina. L'elettrodo interno del condensatore era il liquido nel barattolo e l'elettrodo esterno era il palmo applicato al vetro. Si è scoperto un circuito chiuso attraverso l'inventore - e lo ha subito sentito (difficile non sentirlo). Sospetto che il barattolo di Leida fosse stato aperto molte volte in precedenza, ma a tutti sembrava che fossero stati presi a calci attraverso i contatti: solo una persona ha notato che il vetro è un dielettrico.

Tuttavia, iniziano ulteriori idee sbagliate.
Se è diventato subito chiaro che due strati di pellicola su entrambi i lati del vetro erano sufficienti per il funzionamento del barattolo di Leida, allora tutto non era così chiaro con il contenitore. Si credeva che capacità elettrica vaso dipende non dalla superficie delle sue pareti, ma dal volume. E così, quasi fino all'inizio del 20° secolo, furono costruiti vasi di Leida di dimensioni multilitro e, per aumentarne la capacità, furono collegati a batterie.

Questo da solo è un ampio campo di attività per il sicario.
È abbastanza da fare condensatori piatti impilando fogli di lamina e mica e collegando la lamina attraverso uno. La capacità sarà molto maggiore rispetto al classico barattolo di Leida, e il peso e il volume saranno molto inferiori. Puoi prendere un brevetto, molto vantaggioso per il 18° secolo.

La cosa buona di un condensatore è che può essere costruito in qualsiasi società che conosca i metalli. Dopotutto, puoi prendere qualsiasi metallo: lo stesso rame è più che adatto. E puoi anche prendere qualsiasi dielettrico, dalla carta oleata all'aria. Anche se devi armeggiare con esso, in modo che il dielettrico sia adatto a qualsiasi umidità, non si degradi nel tempo e non si sciolga dal calore. Mica è una di le migliori opzioni, la costante dielettrica lei ha 7,5 (il quarzo ha 4, y ha 4,5, y ha 4,7). Naturalmente, ci sono opzioni con la ceramica, dove la costante dielettrica varia da 10 a 20, ma si tratta di ceramiche speciali, come quelle che non sono economiche.
Basta ricordare che la tensione che il condensatore può sopportare prima della rottura dipende dalla qualità del dielettrico. Il classico barattolo di Leida va bene perché ha un dielettrico - vetro, che permette di costruire barattoli ad altissima tensione, anche se hanno una piccola capacità.

Il condensatore si comporta in modo molto interessante se è collegato non alla corrente continua, ma alla corrente alternata. DC non passa attraverso il condensatore, perché l'isolante tra le piastre è un'interruzione del circuito. Ma se si applica una corrente alternata, inizia a caricare alternativamente le piastre e il condensatore diventa un conduttore, più precisamente un resistore. Acquisisce la cosiddetta reattanza. E questa resistenza dipende dalla capacità del condensatore e dalla frequenza della corrente. I piccoli condensatori conducono meglio l'alta frequenza. corrente alternata e viceversa.

Perché hai bisogno di un condensatore nell'antichità? Lasciamo le domande radiofoniche per altri articoli. Un condensatore è molto utile per scopi rituali. Il ricordo della prima scossa elettrica rimarrà nel neofita fino alla tomba. E il battitore probabilmente svilupperà l'abitudine di mettere a terra l'altare prima di lavorarci...

VASO DI LEYDEN, un condensatore cilindrico di capacità costante; è costituito da un recipiente cilindrico di vetro (barattolo), le cui superfici interna ed esterna sono ricoperte da un foglio (piastre condensatori), non raggiungendo l'apertura del barattolo di circa 1/4 dell'altezza (Fig. 1). Un'asta metallica che passa attraverso il collo della lattina è a contatto con il rivestimento interno della lattina tramite un filo o una catena flessibile. La pallina che termina l'asta è uno dei poli del condensatore; il rivestimento esterno è il suo altro polo. La capacità di un vaso di Leida può essere calcolata approssimativamente utilizzando la formula generale per i condensatori tecnici:

dove ε è la costante dielettrica del vetro, S è il valore medio (in cm 2) delle superfici delle lastre, d è lo spessore medio (in cm) della parete, o, meglio, secondo una formula speciale ( per condensatori cilindrici):

dove I è la lunghezza del vaso di Leida e r è il suo raggio interno; si assume che l > r > d. La capacità di un barattolo di Leida è insignificante - non più di 15.000 cm3 Per ottenere grandi capacità, i barattoli di Leida vengono combinati in batterie. Il barattolo di Leida è in grado di sopportare una significativa differenza di potenziale sui suoi piatti, dell'ordine di diverse decine di migliaia di volt (V). Lo svantaggio del vaso di Leida: capienza insignificante, con una dimensione dello spazio occupato relativamente grande, e fragilità.

Il vaso di Leiden fu inventato nel 1745 a Leiden (da cui il nome). Per molto tempo è stata una forma molto comune di condensatori. Attualmente, le banche di Leida nella loro forma originale sono utilizzate relativamente raramente negli impianti industriali. La forma industriale dei vasi di Leida sono i vasi di Leida dell'azienda Schott, che ha sviluppato un vetro speciale (minos) con perdite minime e un condensatore Moscitzky (Fig. 2). Quest'ultimo è realizzato sotto forma di lattine lunghe di piccolo diametro da speciali tipi di vetro con basse perdite dielettriche. Coperture - argento, galvanicamente rivestite con uno strato di rame per una migliore aderenza delle coperture al vetro. Un isolante in porcellana è fissato nell'apertura della lattina, attraverso la quale passa un'asta, a contatto con il rivestimento interno. Il condensatore è installato in un recipiente metallico protettivo e lo spazio tra il rivestimento esterno del condensatore e la parete del recipiente protettivo è riempito di liquido di raffreddamento.

Il chimico, fisico e storico della scienza inglese Joseph Priestley definì l'esperienza di Leiden la scoperta più notevole nel campo dell'elettricità. Questa esperienza, che ha coronato l'invenzione del primo condensatore, è stata una sensazione scientifica del 18° secolo: tutti sono rimasti affascinati da una lunga scintilla bluastra e stupiti dalla "scossa elettrica" ​​quando un barattolo di Leida è stato scaricato attraverso il corpo dello sperimentatore; gli intenditori hanno apprezzato la capacità del barattolo di Leida di accumulare una grande carica e conservarla a lungo.

La tenuta-museo "Arkhangelskoye" vicino a Mosca ospita un dipinto dell'artista Charles-Amedei Van Loo "Esperienza elettrica" ​​(1777). Qual è, infatti, l'esperienza, così autenticamente rappresentata dall'artista?

Prima dell'invenzione della "colonna voltaica" (1799), solo le macchine basate sull'elettrificazione ad attrito servivano come fonti di elettricità da laboratorio. Una macchina del genere è raffigurata nell'immagine: una palla di vetro che, quando ruotata, sfrega contro un pad e genera una carica (in precedenza, la palla veniva semplicemente strofinata contro le mani dell'assistente). La ragazza, raffigurata al centro dell'immagine, si trova su un supporto isolante. L'asta, che la ragazza tiene nella mano sinistra, sfiora quasi la palla che gira. Le scintille sono visibili tra la palla e l'asta. Il corpo umano è, in generale, un buon conduttore, quindi anche l'altra bacchetta che la ragazza tiene nella mano destra risulta carica.

Il principale partecipante all'esperimento è un povero negro. Nella mano destra tiene un vaso d'acqua, in cui è immersa la verga appena menzionata. Il vaso è il vaso di Leida nella sua forma originale (1745). Nel vaso di Leida mostrato nell'immagine, il vetro è il dielettrico, l'acqua è l'elettrodo interno e il palmo dello sperimentatore è l'elettrodo esterno. L'immagine mostra il momento della carica del condensatore. Passerà un momento, il negro avvicinerà la mano libera all'asta, una scintilla salterà tra l'asta e la mano e il condensatore verrà scaricato attraverso il negro, che subirà una scossa elettrica.

Uno dei primi studi sulla giara di Leida fu condotto dallo scienziato, educatore e politico americano Benjamin Franklin, il quale stabilì, in particolare, che cariche uguali in grandezza e di segno opposto si accumulano simultaneamente nella giara di Leida.

Franklin si chiese dove, in effetti, "siedono" le accuse nel barattolo di Leida. Per rispondere a questa domanda, Franklin fece il seguente esperimento. Caricò la giara di Leida, quindi ne tolse l'asta e versò l'acqua "elettrificata" in un altro recipiente. L'esperimento di Leida con questo vaso non ha funzionato, ma, dopo aver versato nuova acqua nel primo vaso di Leida, Franklin l'ha scaricata attraverso il suo corpo e ha subito una scossa elettrica quasi della stessa forza come se non avesse versato l'"elettrificato" acqua. Franklin ha concluso che le accuse "risiedono" nel bicchiere e non nell'acqua, come aveva inizialmente ipotizzato.

Questa esperienza è descritta da molti storici della scienza, che allo stesso tempo confermano esplicitamente o implicitamente la validità della conclusione di Franklin. Sfortunatamente, lo studio di Addenbrook (1922), che mostrò l'errore della conclusione di Franklin, passò quasi inosservato.

Addenbrook ha realizzato un condensatore pieghevole, composto da tre cilindri: uno di vetro e due di metallo, che si adattano perfettamente al vetro rispettivamente dall'interno e dall'esterno. Il ricercatore ha caricato un tale condensatore, quindi lo ha smantellato con cura e ha messo in contatto i cilindri di metallo l'uno con l'altro. Se le bombole fossero state cariche, naturalmente avrebbero dovuto essere scaricate. Addenbrooke ha rimontato il condensatore. Come nell'esperimento di Franklin, il condensatore si è caricato quasi come in origine. Ma Addenbrooke è stato lento nel confermare la conclusione di Franklin. Ha fatto un esperimento simile con un cilindro di paraffina invece di uno di vetro, e in questo caso il risultato è stato l'opposto di quello di Franklin: il condensatore restaurato era scarico e le cariche, come si è scoperto, "si sono depositate" su piastre di cilindri di metallo (ovviamente, fino a quando non si sono toccati).

Addenbrooke ha concluso che "l'effetto Franklin" è dovuto al film d'acqua, che in condizioni normali è sempre ricoperto di vetro. Il fatto è che le cariche in uno stato di equilibrio si trovano sulla superficie del conduttore, il cui ruolo è proprio svolto da un film d'acqua. Quando il conduttore viene rimosso (drenando l'acqua, ad esempio), quasi tutte le cariche del conduttore rimangono su questo film. Se il vetro viene accuratamente asciugato e l'esperimento viene eseguito in un'atmosfera secca, l '"effetto Franklin" non viene osservato.

Naturalmente, nell'esperimento di Franklin c'è sempre un "flusso" di ioni sul vetro, ma questo effetto è insignificante. Anche in questo caso l'effetto electret è insignificante. Va notato che il film d'acqua sul bordo della nave di Leiden non ne impedisce la carica a causa della bassa mobilità degli ioni (la scarica del condensatore sul film avviene molto più lentamente della sua carica).

Ci sono molti problemi scolastici in fisica, che riguardano esperimenti mentali con la rimozione e la sostituzione dei dielettrici dei condensatori. In questo caso, è tacitamente implicito che non vi è alcun "effetto Franklin", cioè solo le piastre del condensatore sono cariche. Come puoi vedere, in realtà la situazione è più complicata.

Ciao. Vorrei mostrare come è fatto un vaso di Leida o il condensatore più semplice.
Ma prima, una piccola informazione per coloro che non sanno di cosa si tratta, ma per coloro che sono al corrente, possono saltare o leggere per rinfrescarsi la memoria.
Vaso di Leida - il primo condensatore elettrico, inventato dallo scienziato olandese Pieter van Muschenbroek e dal suo allievo Kuneus nel 1745 a Leida. Parallelamente e indipendentemente da loro, lo scienziato tedesco Ewald Jürgen von Kleist ha inventato un dispositivo simile chiamato "banca medica".
Questo vecchio dispositivo può accumulare elettricità statica, cosa che mi ha attratto.

È costituito da un contenitore (barattolo) avvolto in carta stagnola all'esterno e incollato internamente con la stessa pellicola per due terzi dell'altezza, saranno le piastre del nostro condensatore e il contenitore (a proposito, non dovrebbe passare elettricità) sarà un dielettrico tra di loro.

Dagli strumenti di cui avevo bisogno:
1) Forbici.
2) Punteruolo.
3) Pinze.
4) Saldatore.
Dai materiali:
1) Capacità.
2) Lamina.
3) Un pezzo di filo di rame.
4) Scozzese.
5) Una palla da un cuscinetto.

Così. Come base, ho preso il contenitore dalla fine saldatura a freddo. All'inizio volevo da un barattolo di vetro, ma erano tutti dalle pareti spesse e grandi.

Ho tagliato un pezzo di pellicola per il fondo (per aumentare l'area utilizzabile e quindi aumentare la produttività).

Successivamente, ho avvolto la parete del mio contenitore con un foglio di alluminio all'esterno, cercando di far aderire il foglio il più strettamente possibile ad esso, perché questo influisce anche sulla quantità di carica che accumulerà.

A proposito, nel primo vaso di Leiden, questa lamina è stata sostituita con successo dalla mano dello scienziato Muschenbrook (Muschenbrek) (1692-1761), che ha afferrato la nave e si è reso conto che era meglio non toccare il filo che era collegato la macchina elettrostatica che ha caricato il barattolo di Leida.
Dopo aver cercato nei cassonetti, ho trovato una sfera dal cuscinetto, peccato, ovviamente, che non ci fosse un diametro maggiore, ma raccoglie bene anche l'elettricità statica.

Ho deciso di risolverlo saldando. Per cominciare, ho pulito il luogo di saldatura con carta vetrata.

Poi l'ho stagnato con la colofonia e ho saldato il filo di rame con la pallina.

La foto in basso mostra la catena che ho messo a contatto con la fodera interna, ma successivamente ho abbandonato la lamina (per mancanza di colla o nastro adesivo) che si trova all'interno e sostituendo la lamina con acqua, è stata smontata.

Ed eccolo in forma compilata.

Non ho ancora una macchina elettrostatica da controllare.
Ho dovuto caricarlo con una TV (zomboyaschik). Dopo aver strisciato due o tre volte sullo schermo con una palla, ha raccolto una quantità sufficiente di cariche elettriche per scaricare una scintilla.

E batte, te lo dico non malaticcio, più forte dell'elemento piezoelettrico di un accendino.
Non volevo, ovviamente, ripetere l'esperienza di Peter Van Muschenbroek, ma dovevo farlo a causa della mia sciatteria e della mia facile distrazione.

Per chi vuole fare un barattolo di Leida con le mie stesse mani e non so come fare, posso dire quanto segue:

La nave può anche essere di vetro. Per un vasetto di Leida piccolo, è meglio se le pareti sono più sottili.

Invece della pellicola, è più conveniente utilizzare del nastro di alluminio e assicurarsi che non rimangano bolle d'aria tra il nastro e la nave.

Se decidi tu dentro incollare le lattine con del nastro adesivo, quindi è necessario assicurarsi che il filo con la pallina tocchi il rivestimento interno (puoi saldare filo intrecciato e fare, per così dire, una spazzola o fare un tipo di molla da un filo unipolare, in generale ci sono molte opzioni). E se con acqua, il filo deve toccare l'acqua.

La pallina può essere di qualsiasi materiale, anche un dielettrico, solo che dovrà anche essere coperta con un foglio (e in modo che il foglio tocchi il filo), se vuoi velocemente, puoi semplicemente arrotolare la pallina.

Puoi persino caricarlo con un pettine, una penna, ecc. solo questo è inefficace, meglio se non c'è la macchina per l'elettroforo, carica dallo schermo del televisore (sono adatti solo quelli con tubo catodico).

E infine, vorrei ricordarvi la tecnica di sicurezza stessa, perché questa è la cosa principale. Non ripetere il mio errore, sii vigile. Certo, non morirai per la carica accumulata di un piccolo barattolo di Leida (a seconda di molti fattori, incluso il tuo stato di salute), ma se lo ingrandisci e o lo colleghi a una macchina elettroforica, allora è del tutto possibile. È grazie ai barattoli di Leida che la macchina dell'elettroforo sviluppa la sua potenza ed emette scintille così lunghe (alcune) spaventose, poiché la carica elettrica raccolta si accumula nei barattoli ...