понедельник

Лейденская банка - история открытия

Лейденская банка, прототип современных конденсаторов, была открыта почти одновременно в Померании (территория современной Польши и частично Германии) и в Голландии. В Померонии священник Эвальд Георг фон Клейст в свободное от службы время проводил опыты с маломощной электрофорной машиной, изготовленной из гуттаперчевого шара.

Однажды, осенью, а именно 11 октября 1745 года он решил зарядить от машины гвоздь. Поместив гвоздь в бутылочку из под микстуры, он стал заряжать его, держа бутылочку в руке. 

Решив затем вытащить гвоздь, Клейст получил сильный удар током. После этого он решил усложнить опыты, наполнив бутылочку спиртом, затем ртутью, от чего удары усилились. Убедившись в устойчивости производимых эффектов, он записал подробности экспериментов и отправил письмо протодиакону в Данциг.

Протодиакон был близко знаком с бургомистром Даниелем Гралатом из общества естествоиспытателей Данцига. Председатель Гралат изготовил батарею из больших бутылей с водой, применив в качестве внешней обкладки фольгу, и испытал ее на несчастных подчиненных.

Почти в это же время в Голландии, в начале 1746 года, сын состоятельного горожанина, студент Лейденского университета Кунеус, решил ради забавы наполнить электрической жидкостью банку с водой.

Погрузив металлическую цепочку в банку, он присоединил ее к кондуктору электростатической машины, и начал заряжать, затем он решил вытащить цепочку из банки, и получил сильный удар, от которого чуть не погиб, о чем и узнал профессор университета Питер Ван Мушенбрук.

Мушенбрук повторил опыт Кунеуса и был поражен силой электрического удара, после чего написал, что не согласился бы на повторный эксперимент даже за французскую корону. Опыт Мушенбрука произвел фурор и слава этого эксперимента разнеслась широко по Франции.


Жан Антуан Ноле, французский аббат, член Парижской академии наук, физик экспериментатор, продемонстрировал королю разряд лейденской банки на цепочку из ста восьмидесяти гвардейцев, которые держались за руки. Во время разряда они все вместе закричали и подпрыгнули, приводя тем самым в восторг короля.

Вильям Ватсон, хранитель кабинета физики Научного Лондонского Королевского общества, выяснил, что банка тем сильнее заряжается, чем лучше соединена с землей ее внешняя поверхность. 

Доктор Бевис, врач из Лондона, снабдил внешнюю поверхность банки фольгой, благодаря чему электричество отводилось от всей ее поверхности, если даже с землей соединялась прикосновением руки или другим способом только одна ее точка.

Он покрыл фольгой и внутреннюю поверхность банки, прикрепил к нижнему концу металлической палочки маленькую металлическую цепочку, доходящую до дна банки. Так жидкость стала лишней и банка получила то самое устройство, главные черты которого и сохранила до сегодняшнего дня. Внутренняя и наружная обкладки из фольги – обе не доходит до горлышка банки.

Источник информации: Школа для электрика

среда

Из истории открытия закона превращения и сохранения энергии

Закон сохранения и превращения энергии - для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени.


Трудами ученых XVIII в. было доказано, что при совершении механической работы возникает теплота. Но какова количественная связь между ними? Всегда ли надо затратить одно и то же количество работы (и какое именно), чтобы получить единицу количества теплоты? Ответ на эти вопросы искали многие ученые в первой половине XIX в.

Подсчеты, дающие ответ на эти вопросы, содержались в рукописи молодого французского инженера Сади Карно, изданной после его смерти в 1832 г. С. Карно сформулировал закон превращения и сохранения энергии в механических и тепловых процессах. Но работа Карно тогда не привлекла внимания физиков.

Немецкий ученый Роберт Майер услышал однажды от моряка, что во время сильной бури, вода нагревается. Эти слова наряду с некоторыми наблюдениями самого ученого, побудили его взяться за определение отношения количеств работы и теплоты.

Основываясь на опубликованных в печати данных по определению удельных теплоемкостей газов, Майер подсчитал количество теплоты, необходимое для нагревания на один градус одной и той же массы газа в разных условиях. Для нагревания газа при постоянном объеме теплота Q1  необходима только для увеличения его внутренней энергии. Для нагревания же его при постоянном давлении необходимо большее количество теплоты Q2, поскольку в этом случае не только внутренняя энергия газа увеличивается, но, расширяясь, он совершает работу.

А. Майер нашел способ рассчитать работу газа. Затем, сравнив ее с разностью Q2 - Q1 он определил, какое количество работы "равноценно" одной калории теплоты. Этот расчет Майер выполнил в 1842 г.

Позднее в своей книге, изданной в 1845 г., Майер рассмотрел с качественной стороны превращения всех форм энергии, которые были известны в то время, и впервые сформулировал закон превращения и сохранения энергии в общей форме. В той же книге Майер описал круговорот энергии в природе, указав, что источником энергетических превращений на Земле является Солнце.

Английский ученый Джемс Джоуль, ничего не зная о работах Майера, решил поставить ряд опытов, чтобы доказать, что при различных процессах, при которых совершается работа и выделяется теплота, для получения единицы количества теплоты надо затратить одно и то же количество работы. Уже в 1841 году он опубликовал выводы из своих опытов по исследованию превращения работы электрического тока в теплоту. К тем же выводам независимо от Джоуля в 1842 г. пришел петербургский академик Эмилий Ленц.

Название единицы энергии (работы) "джоуль" дано в честь Джемса Джоуля. Благодаря опытам Джоуля, Ленца и других ученых закон превращения и сохранения энергии был утвержден на прочной экспериментальной основе.

В 1847 г. вышла в свет работа немецкого ученого Германа Гельмгольца. На основе известных научных данных он теоретически исследовал превращения энергии во многих механических, тепловых, электрических, световых и химических процессах и сформулировал закон превращения и сохранения энергии как всеобщий закон природы.

Этот важнейший закон природы открыт усилиями ученых многих стран. Открытие закона сохранения энергии оказало влияние не только на развитие физических наук, но и на философию.

Подробное и доступное объяснение этого закона читайте здесь:  Закон сохранения энергии

понедельник

Первая электрическая машина

Краткая статья о том, как немецкий физик Отто фон Герике изобрел первую в истории электрическую машину, которая состояла из изготовленного из серы шара.

В 1663 году немецкий физик и инженер Отто фон Герике изобрел первую в истории электрическую машину. По заказу исследователя, стеклодув залил расплавленную серу в сферическую стеклянную форму, которая после застывания серы была разбита. Так был изготовлен шар диаметром около 15 сантиметров.

Шар затем был установлен Герике на горизонтальную металлическую ось, закрепленную на стойках так, чтобы она могла вращаться с помощью ручки сбоку. Сера была выбрана им по той причине, что горазда лучше электризовалась трением в отличие от обычно применяемого в подобных случаях куска янтаря.

Герике и его помощник могли электризовать вращающийся шар трением, прижимая к нему ладонь или кусок шерстяной ткани. В процессе работы устройства в темноте, наблюдалось слабое синеватое свечение шара, всегда сопровождающееся легким электрическим потрескиванием.


Физик заметил, экспериментируя с устройством, что пушинки в воздухе сначала притягивались к наэлектризованному шару, а после соприкосновения с ним тут же отталкивались. Так Герике определил, что существует как электрическое притяжение, так и электрическое отталкивание.

Иногда он снимал наэлектризованный шар с установки и, держа его в руках за ось, наблюдал, как пушинки притягивались к шару из серы, затем отталкивались от него, затем притягивались к носу экспериментатора, тут же отталкиваясь от него.

Следующим шагом был опыт с льняной нитью. Закрепленная нить могла быть наэлектризована прикосновением к ней шара, после чего сама нить могла притягивать пылинки и другие легкие мелкие предметы так, будто сама была предварительно наэлектризована.

Особенно внимание Герике привлек тот факт, что иногда пушинки могли вращаться вслед за наэлектризованным шаром, и это навело его на мысль, что вращение планет вокруг Солнца также обусловлено именно электрическими силами. Впрочем, эта точка зрения не получила научного подтверждения.

Посмотрите также по этой теме: Электростатическая и электромагнитная индукция

Термоэлектрический эффект. История открытия

Об открытии немецкого физика Иоганна Зеебека, который, экспериментируя со сплавами, обнаружил термоэлектрический ток, заложив тем самым основы для работ в области термоэлектричества.



В 1821 году, 51 летний житель Берлина, уроженец Эстонского города Ревель, профессор Прусского королевского научного общества, физик Томас Иоганн Зеебек (1770 – 1831гг.) сообщил о своем уникальном, только что сделанном открытии. Об открытии термоэлектрического эффекта, который вначале ученый назвал «термомагнетизмом».

Исследуя возможность получения электричества с применением сплавов, вдохновленный недавними экспериментами датчанина Ханса Эрстеда с проводом с током и отклоняющейся вблизи него магнитной стрелкой, ученый решил использовать для эксперимента металлическую пластину из висмута, к которой сверху была припаяна выгнутая верх медная пластина (чтобы между пластинами было свободное пространство).

Полученная конструкция имела два спая, где висмут соединялся с медью, а медь, соответственно, соединялась с висмутом. Получился замкнутый проводящий контур. В пространство между пластинами получившегося контура ученый установил магнитную стрелку, которая могла свободно отклоняться.

Расположив конструкцию вдоль магнитного меридиана, Зеебек стал нагревать место спая меди и висмута над спиртовкой, при этом он заметил значительное отклонение магнитной стрелки от ее первоначального положения. 

Затем ученый стал охлаждать второй спай того же контура, вместо нагревания первого, и стрелка продолжала отклоняться в том же направлении, что и прежде, как было при нагревании первого спая.

Эффект дал ученому однозначное понимание, магнитные силы, возникающие в контуре вызываются именно теплотой, которая подводится к спаю или же отводится от него. 

Следует отметить, что в то время Зеебек уделял особое внимание еще и изучению земного природного магнетизма, потому и назвал вначале это явление «термомагнетизмом».

Ученый решил, что только что открытое явление наилучшим образом объясняет то, как возникает земной магнетизм: эти свойства земли он тут же отнес к действию разницы температур между ее экватором и полюсами на разных участках земной коры.

Отчет об этих исследованиях Зеебека был опубликован через четыре года в трудах Берлинской академии наук (еще в 1701 году Фридрих стал королём Пруссии, и академия была переименована в Прусское королевское научное общество, однако во множестве источников встречается прежнее ее название).

Впоследствии очевидным стало то, что разность температур вызывает электрический ток в контуре. Важным термоэлектрическим свойством материалов, составляющих экспериментальную цепь, является напряжение, появляющееся на концах разомкнутой цепи (когда один из спаев разомкнут).


В замкнутой цепи напряжение и ток зависят от удельного электрического сопротивления проводов. Напряжение в такой разомкнутой цепи называется термо-ЭДС или термоэлектрической электродвижущей силой, измерив которую у разных металлов, минералов, сплавов Зеебек заложил основу для дальнейших исследований в области термоэлектричества.

Зеебек сделал еще несколько открытий в оптике, в акустике, в химии и в учении о теплоте.

Наиболее часто в технике открытое Зеебеком термоэлектричество используется для изготовления термопар (термоэлектрических преобразователей). Это устройства, которые применяются для измерения температуры.

Необычный способ применения открытого Зеебеком явления - создание и использование термогенераторов электрической энергии.   

Популярные статьи