Zar - elettroforo

Nell'estate del 1814 Il vincitore di Napoleone, l'imperatore russo, Alessandro il Primo, visitò la città olandese di Haarlem. L'ospite illustre fu invitato all'Accademia locale. Qui, come scriveva lo storiografo, "La grande macchina elettrica attirò innanzitutto l'attenzione di Sua Maestà". Prodotto nel 1784. l'auto ha davvero fatto una grande impressione. Due dischi di vetro con un diametro dell'altezza di una persona ruotavano su un asse comune con lo sforzo di quattro persone. L'elettricità per attrito (triboelettricità) fu fornita per caricare la batteria di lattine a due Leiden, condensatori di quel tempo. Le scintille da loro raggiunsero una lunghezza di oltre mezzo metro, di cui l'imperatore era convinto.

La sua reazione a questo miracolo della tecnologia dell'Europa centrale è stata più che contenuta. Fin dall'infanzia, Alexander aveva familiarità con una macchina ancora più grande, e ha dato più di queste scintille. È stato fatto. anche prima nel 1777. nella sua terra natale a San Pietroburgo, era più semplice, più sicuro e richiedeva meno servi degli olandesi. L'imperatrice Caterina II alla presenza dei nipoti si divertì con l'aiuto di questa macchina con esperimenti elettrici a Tsarskoye Selo. Quindi, come una rara mostra, fu trasferita alla Kunstkamera di San Pietroburgo, quindi, per un certo ordine, fu portata via da lì e le sue tracce andarono perse.

Ad Alexander è stata mostrata la tecnica dell'altro ieri. Il principio di generare elettricità per attrito non è stato applicato per oltre 200 anni, mentre l'idea alla base della macchina domestica è ancora utilizzata nei moderni laboratori di scuole e università del mondo. Questo principio - l'induzione elettrostatica - è stato scoperto e descritto per la prima volta in Russia dall'accademico russo, il cui nome pochi conoscono, e questo è ingiusto. Vorrei ricordare questo alla generazione attuale.

Perché hai bisogno di un'auto gigante?

Non sono state trovate descrizioni di opere prodotte a San Pietroburgo su una macchina gigante. È noto che negli stessi anni nella Camera degli strumenti dell'Accademia delle Scienze sull'Isola Vasilievsky i generatori elettrici sono stati fabbricati da generatori "tascabili" per l'intrattenimento e l'auto-trattamento nella cerchia familiare, a quelli seriali per laboratori fisici di scienziati. Perché hanno fatto una costosa macchina mostruosa? Posso rispondere a questa domanda?

Questo è ciò che ha portato alla nostra lista dei ricercati.

Nel 1769 nella città italiana di Brescia, un fulmine ha colpito una chiesa, nelle cui cantine sono state immagazzinate circa 100 tonnellate di polvere da sparo. L'esplosione che seguì il colpo distrusse parte della città e migliaia di suoi abitanti. Dato questo caso ampiamente noto, il governo britannico si è rivolto agli scienziati della sua accademia per raccomandare una protezione contro i fulmini affidabile per i suoi depositi di polvere. Per motivi della Royal Society di Londra, tra i cui membri c'era l'inventore del parafulmine americano B. Franklin, fu proposta e realizzata un'installazione di protezione contro i fulmini nei magazzini di Perflit in Inghilterra.

E ora, con l'aiuto della conoscenza moderna, non si può dare una garanzia al 100% della protezione delle strutture con l'aiuto di parafulmini (più correttamente parafulmini). E ironicamente nel 1772. il parafulmine installato in conformità con tutte le regole non ha protetto i magazzini dai fulmini. "Scivolò" dal perno di protezione, ma si comportò in modo debole e il magazzino non esplose. Questo caso ha fatto molto rumore, anche in Russia.

Qui a San Pietroburgo per 15 anni è stato restaurato il campanile della Cattedrale di Pietro e Paolo, restaurato dopo un fulmine nel 1756. Quando nel 1772 La riparazione principale della guglia del campanile, guidata dall'architetto del restauro A. Dyakov, fu completata, si rivolse all'Accademia locale con una raccomandazione per la protezione, "in modo che un fulmine non causasse il bruciore di uno spitz". 25 gennaio 1773 La Conferenza dell'Accademia ha incaricato i professori Epinus, Kraft ed Euler di esprimere le loro opinioni su come installare questa protezione.Secondo i documenti, è noto che a febbraio il professore di fisica VL Kraft si è rivolto alla direzione dell'Accademia con una richiesta "di rilasciare una delle macchine elettriche dalla Camera degli strumenti alla sala della fisica". Apparentemente per esperimenti ..

È chiaro che Kraft ha dovuto fornire ai costruttori dati specifici: sui materiali dei conduttori, il loro diametro, materiale e altezza del terminale dell'aria, ecc. Ora è noto che le correnti di fulmini raggiungono centinaia di ampere e il potenziale di carica delle nuvole è di milioni di volt. Ma poi non c'erano volt o ampere, c'era solo un modo per creare un modello di processo, ottenere dati ed estrapolarli a processi di temporale. Inoltre, l'accuratezza dei dati ottenuti sarebbe maggiore, più elettrica una macchina potrebbe implementare un simile più simile a un vero temporale. Una normale macchina non andava bene: non poteva sciogliere un filo di rame spesso un millimetro. Era necessario trovare una via d'uscita.

Gli accademici russi hanno inviato una richiesta a Londra, ma anche lì sapevano poco dei problemi richiesti. Anche se hanno sperimentato loro stessi creando una "nuvola artificiale" di oltre 50 metri di lunghezza e mezzo metro di larghezza. I risultati che hanno ricevuto erano contraddittori. La macchina triboelettrica si stava avvicinando al suo finale. Per creare potenziali elevati, è impossibile realizzare dischi di vetro con un diametro, ad esempio, di cinque metri. La forza centrifuga in un incidente li trasformerà sicuramente in migliaia di frammenti pericolosi per gli sperimentatori. È stato necessario creare qualche altra fonte di elettricità ad alta tensione per gli esperimenti.

Un caso del genere si presentò nel 1776, quando fu inventato un generatore elettrico, che era completamente diverso da quelli esistenti, ma che generava cariche elettriche in parametri persino superiori a una macchina ad attrito. Il design era semplice, quindi per la fabbricazione fu distribuito dai suoi specialisti (Fig. 1) Gli esperimenti furono eseguiti. E l'8 maggio 1777. l'architetto Dyakov informò l'Accademia delle Scienze del completamento dei lavori sul parafulmine della guglia. E ora la guglia con un'altezza di 122,5 metri è protetta in modo affidabile fino ad oggi. Ma se americani, britannici e tedeschi conoscono i nomi dei loro eroi nella lotta contro i fulmini, allora nei libri di testo russi sulla storia della scienza si può leggere che VL Kraft "non ha mostrato nulla di speciale" o che "la fisica in quanto tale, specialmente sperimentale, Kraft non era affatto interessato. " E questo è più che giusto.

Fig. 1 grande elettroforo Kraft

WSopra il know-how.

10 giugno 1775 il fisico italiano A. Volta annunciò la sua invenzione di una nuova fonte di elettricità: "Vi presento un corpo che, essendo elettrificato solo una volta, non perde mai la sua elettricità, mantenendo ostinatamente la forza della sua azione". L'autore ha chiamato questo dispositivo le parole "elettroforo perpetuo", che potrebbe essere tradotto come "elettricità che scorre per sempre". Il dispositivo era semplice prima del primitivismo. Il suo nome nella terminologia fisica fu ridotto alla parola "elettroforo", ma il successo della sua applicazione fu travolgente. Ora, per ricevere cariche elettriche in grandi quantità, non era necessario utilizzare i servizi delle macchine elettriche esistenti.

Volta non si considerava l'unico inventore del dispositivo. Come ogni grande scienziato, ha onorato i meriti dei suoi predecessori. Ecco le sue parole: "Epinus e Wilke hanno anticipato questa idea e scoperto il fenomeno, anche se non hanno costruito il dispositivo finito". Che tipo di anticipazione è? E il cognome Epinus si trova in questo testo per la seconda volta. E questo non è un caso.

Professore dell'Università di Rostock F. Epinus e il suo studente I. Wilke nella scoperta dell'elettricità è un fenomeno che ora si chiama induzione elettrica. Il significato della scoperta può essere spiegato come segue: ogni corpo che si trova in un campo elettrico stesso diventa elettrico. Successivamente, Epinus sarà invitato in Russia dal 1757. diventerà membro dell'Accademia delle scienze di San Pietroburgo. Qui vivrà fino alla fine della sua vita, e qui scriverà il suo principale lavoro della vita: "Esperienza nella teoria dell'elettricità e del magnetismo".Fu pubblicato a San Pietroburgo nel 1759. e divenne molto popolare tra i fisici. Ho conosciuto questo lavoro e A. Volta. Ha attirato particolare attenzione sull'esperienza dell'accademico di San Pietroburgo, che riprodurremo di seguito.

Su due bicchieri di vetro A e B, una barra di metallo C è installata in una lunghezza di mezzo metro. Alle estremità di questa barra, vengono posizionati altri due pesi blocco 1 e 2 (Fig. 2). Se porti (senza toccare) il bastoncino di cera grattugiato dal lato del primo peso, puoi assicurarti di rimuovere i piccoli pesi quando vengono caricati. Il primo è positivo, il secondo è l'elettricità negativa. Inoltre, un'operazione del genere senza strofinare più bastoncini di cera può essere eseguita tutte le volte che vuoi. La ceralacca non è diminuita. In linea di principio, era pronta una macchina per caricare i corpi con l'elettricità. Al posto dei pesi era possibile mettere su una barra qualsiasi corpo da elettrificare e elettrificare. Perché non una macchina a moto perpetuo?

Era un prototipo dell'elettroforo di Volta, il cui meccanismo è molto semplice da spiegare ai contemporanei. La cera sigillata grattugiata viene caricata negativamente. Crea un campo elettrico che agisce sugli elettroni liberi di una barra di metallo. Avendo una carica negativa, vengono ridistribuiti nella barra in modo tale da accumularsi nel peso 2 e rimanere in deficit nel peso 1. La differenza potenziale sorge alle estremità della barra. Può essere smaltita a piacimento. Il genio di Volta era necessario per utilizzare questo fenomeno nella pratica e persino per ridurre i magri oggetti di scena nell'installazione di Epinus. Volta non usa affatto i pesi. Proprio nel momento in cui porta la cera, per un secondo, tocca l'estremità della barra di fronte alla cera con un dito. È chiaro che gli elettroni in eccesso fluivano attraverso il corpo del fisico nella "terra". Ora, quando è stata rimossa la ceralacca, l'intera barra si è rivelata carica di elettricità positiva. Su questo principio, era già possibile creare una macchina elettrica più conveniente delle macchine ad attrito. Ma non solo questo era il vantaggio della nuova auto.

Si scopre che una macchina elettroforetica è in grado non solo di acquisire una carica, ma anche di aumentare il suo potenziale elettrico molte volte. E Volta ha approfittato di questa proprietà quando ha dimostrato l'identità dell'elettricità, ottenuto in una cella galvanica e l'elettricità generata dall'attrito, così come il fulmine della nuvola. Tutte queste accuse si sono rivelate esattamente della stessa natura. Ed è stato dimostrato dall'elettroforo.

Come funzionava l'elettroforo gigante?

Un'enorme "padella" ovale coperta di stagno con una superficie di circa quattro metri quadrati (!!!) era riempita con una fusione congelata di resina e cera. Giaceva alla base dell'elettroforo. Su di esso, su graticole alte più di due metri, su corde passate attraverso i blocchi, un'altra padella a disco pendeva, un po 'più piccola. Le dimensioni dell'intera macchina erano 3 x 2,5 x 1,5 metri. (Fig. 1). Perdona i difetti grafici dell'artista medievale. La geometria descrittiva che consente di rappresentare disegni tridimensionali su un piano apparirà solo nel 1799.

Abbiamo semplificato in modo specifico il disegno per comprendere il principio della macchina. (Fig. 3) Una coppia di padelle per dischi, isolate con corde di seta l'una dall'altra, sono un condensatore d'aria di capacità variabile. Ricordiamo che la capacità di un condensatore è inversamente proporzionale alla distanza tra le piastre. Minore è la distanza, maggiore è la capacità e viceversa. La capacità dello sperimentatore è stata modificata sollevando e abbassando la padella sospesa. Per rimuovere le cariche, una sfera di rame B è stata saldata alla parte superiore della vaschetta mobile, per la parte inferiore A.

Il lavoro dell'elettroforo è iniziato con l'eccitazione di una carica nella "padella" inferiore. Questo potrebbe essere fatto strofinando la resina con un normale cappello di pelliccia. Questa procedura è stata eseguita alla volta. Quindi la parte mobile dell'elettroforo è scesa il più in basso possibile, ma non permettendo il contatto con la "pentola" inferiore. Questo è ciò che accade in esso.

Sappiamo che il disco superiore è fatto di metallo e i metalli hanno una struttura cristallina. Questi cristalli possono essere considerati un reticolo di ioni metallici positivi, le cui cellule sono riempite di elettroni. Questi elettroni possono essere paragonati a molecole di gas che si muovono continuamente: man mano che il disco superiore si avvicina a quello inferiore, il campo negativo della resina su elettroni carichi negativamente aumenta sempre di più. Ciò porta al fatto che gli elettroni che si spingono verso l'esterno si diffondono nella parte superiore del disco e anche nella sfera di rame saldata C. Di conseguenza, la parte superiore della "padella" mobile riceve un eccesso di elettroni con una carenza nella parte inferiore. Di conseguenza, la parte superiore del disco mobile e la sfera C sono caricate negativamente e la parte inferiore è positiva.

Se la sfera del conduttore B o C è ora collegata a terra, l'eccesso di elettroni scorrerà dalla parte superiore della "pentola" a terra, rendendola neutra, ma rimarrà la mancanza di elettroni nella parte inferiore. Nel suo elettroforo, Volta eseguì questa procedura con il semplice tocco di un dito, e in quella gigante, dove la carica era grande, le correnti che scorrevano attraverso lo sperimentatore erano grandi e potevano danneggiare l'elettricizzatore. Pertanto, i progettisti della macchina hanno ideato uno speciale elettrodo di messa a terra, che ha funzionato automaticamente. Durante l'abbassamento della parte superiore della pentola, la sfera C era in contatto nella sua posizione più bassa con una sfera messa a terra D, attraverso la quale gli elettroni scorrevano nel terreno. Con un leggero aumento nel disco superiore, il contatto è stato interrotto e la mancanza di elettroni si è già diffusa su tutto il disco. E il potenziale di questa carica aumenta con l'aumentare dell'altezza del disco. Questa regolarità fu notata per la prima volta nella storia del mondo nel 1759 dall'accademico di San Pietroburgo F.U.T. Epinus.

Di solito non è del tutto compreso dagli studenti, sebbene non sia vietato a nessuno ripetere l'esperienza di Epinus e questo è relativamente facile da fare. Questa regolarità è facilmente registrata dai simboli nella formula, che si trova in qualsiasi libro di testo di ingegneria elettrica. La sfiducia degli studenti nei risultati di questo esperimento è molto probabilmente causata dall'idea di un condensatore di capacità variabile come una sorta di macchina a moto perpetuo da cui aumenta il potenziale di carica. Ma l'aumento del potenziale viene a scapito dei costi energetici per il lavoro meccanico di diffusione delle piastre. Dopotutto, le piastre del condensatore caricate con cariche opposte sono attratte l'una dall'altra con una certa forza che deve essere superata.

Certo, è impossibile simulare il processo di scarica di un fulmine anche con l'aiuto di un tale gigante elettroforo, ma fino ad ora, si ottengono alti potenziali di cariche della fisica usando auto van de graaffdove le cariche vengono consegnate meccanicamente alle sfere giganti del conduttore.

Non conosciamo il potenziale dell'accusa ricevuta all'elettroforo dello zar, ma un'autore sconosciuta ha scritto in fonti archivistiche: "Lei (la macchina) è pronta a colpire chiunque osa toccare la sua palla. È noto per esperienza che questo elettroforo può persino uccidere un toro. Potere terribile! "

I creatori del gigante di San Pietroburgo.

I nomi dei progettisti della macchina gigante ci sono noti dalle parole del famoso fisico Johann Bernoulli, che visitò Pietroburgo nel 1778. Questo professore dell'Accademia delle scienze di San Pietroburgo Wolfgang Ludwig Kraft (1743-1814) e il meccanico della stessa accademia, l'artigiano russo I.P. Kulibin (1735-1818). In uno dei libri moderni sull'elettricità, si può leggere: "Nei progetti tecnici delle macchine a induzione, non è facile nemmeno per un occhio sofisticato discernere i loro semplici principi fondamentali". La persona straordinaria era Kulibin. Una volta ha imparato in modo indipendente a rendere i telescopi non peggiori dell'inglese e ha lucidato personalmente le lenti. Questo è stato anche il caso dell'elettroforo, la cui essenza è incomprensibile anche adesso per molti ingegneri. Quindi l'onore di costruire un elettroforo gigante appartiene interamente ai nostri compatrioti.

L'etnia tedesca V.L. Kraft non può essere considerata straniera.È nato e morto a San Pietroburgo e nella storia della fisica il suo nome si trova nella versione russa - Login Yuryevich. Non è stata colpa sua se non gli è stato permesso di lavorare nel campo della fisica. Caterina II lo identificò come insegnante dei suoi numerosi nipoti, tra i quali c'erano i futuri imperatori Alessandro I e Nicola I.

Caterina II interruppe anche la sua carriera scientifica anche presso l'accademico di San Pietroburgo, lo scopritore dell'induzione elettrica F.U.T. Epinus (1724-1802), uno degli specialisti più promettenti nel campo dell'elettricità di quel tempo. Fu obbligato a decifrare la corrispondenza diplomatica intercettata di stranieri di San Pietroburgo per l'imperatrice. Ma non c'è dubbio che abbia preso parte alla creazione di una macchina gigante come consulente. I sovraccarichi nel decifrare i dispacci diplomatici erano così grandi che si ammalò gravemente di una malattia mentale e alla fine della sua vita non poté fare scienza.

Il destino di questa macchina è sconosciuto. Per ordine di qualcuno, è stata portata fuori dalla Kunstkamera. E potrebbe non essere senza motivo. Avevano paura di lei, e per questo motivo. È stato scoperto che gli elettrofori possono funzionare senza dargli una carica preliminare. Per l'elettroforo gigante, c'era abbastanza brezza leggera sopra la padella inferiore. quindi per ottenere in alto potenziali micidiali.

Perché questo articolo è stato scritto?

Tutto quanto sopra dovrebbe mostrare al lettore che è molto facile ottenere potenziali elettrici anche a casa. Trovare le possibilità della loro applicazione pratica è una questione del cervello dei moderni Kulibin. Le possibilità di utilizzare l'elettricità statica probabilmente esistono anche nella vita di tutti i giorni. È solo necessario interessarsi agli inventori. E qui ci sono due esempi di questo.

Negli anni '40 del secolo scorso, il patriarca dei fisici sovietici A.F.Ioffe sviluppò un generatore elettrostatico per alimentare una macchina a raggi X. Il generatore era semplice e affidabile. Poi ha avuto l'idea di trasferire tutta l'energia elettrica del paese in elettrostatica. Quindi trasformatori e raddrizzatori step-up per le linee di trasmissione diventano superflui. Le trasmissioni in corrente continua sono le più economiche, più scompare la perdita durante la trasformazione. Ma ahimè, per una grande industria dell'energia elettrica un tale sistema è impossibile per la produzione pratica di generatori. Ma ci sono anche consumatori a bassa potenza, soprattutto perché i generatori statici non creano campi magnetici e sono molto leggeri.

È noto che nel 1748. il grande americano B. Franklin usò un motore statico per scopi pratici - girò uno spiedino di tacchino sopra una teglia. Ora tali motori sono stati dimenticati, sebbene non abbiano avvolgimenti, acciaio elettrico e rame. Ciò significa che possono essere molto affidabili durante il funzionamento. Tali motori sono molto promettenti per le applicazioni spaziali. Inoltre, lo sviluppo della chimica dei polimeri ci promette nuovi materiali dielettrici.

Quindi puoi pensare in questa direzione.

Comments

[#1 vincitore]

Grazie

[#2 File chiave]

Può darsi che l'elettroforo sia una macchina funzionante.