Электрофор - Electrophorus

О роде рыб семейства Electrophoridae см. Электрофор (рыба).
Электрофор 1800-х годов.

An электрофор или же электрофор это простое руководство емкостной электростатический генератор используется для производства электростатический заряд через процесс электростатическая индукция. Первую его версию изобрел в 1762 году шведский профессор Йохан Карл Вильке,[1][2][3][4]. Итальянский ученый Алессандро Вольта усовершенствовал и популяризировал устройство в 1775 году,[5] и иногда ошибочно приписывают его изобретение.[6][7] Слово электрофор был придуман Вольтой от греческих ήλεκτρον («электрон») и ϕέρω («феро»), что означает «носитель электричества».[8]

Описание и работа

Электрофор состоит из диэлектрик пластина (первоначально «лепешка» из смолистого материала, такого как смола или воск (в современных вариантах используется пластик) и металлическая пластина с изолирующей ручкой.[9] Диэлектрическая пластина сначала заряжается через трибоэлектрический эффект протерев его мехом или тканью. Для этого обсуждения представьте, что диэлектрик получает отрицательный заряд за счет трения, как показано на рисунке ниже. Затем металлическая пластина помещается на диэлектрическую пластину. Диэлектрик не передает значительную часть своего поверхностного заряда на металл из-за плохого микроскопического контакта. Вместо этого электростатическое поле заряженного диэлектрика заставляет заряды в металлической пластине разделяться. Он развивает две области заряда: положительные заряды в пластине притягиваются к стороне, обращенной вниз, к диэлектрику, заряжая его положительно, а отрицательные заряды отталкиваются в сторону, обращенную вверх, заряжая ее отрицательно, при этом пластина остается электрически нейтральной. в целом. Затем сторона, обращенная вверх, на мгновение заземляется (это можно сделать, коснувшись ее пальцем), сливая отрицательный заряд. Наконец, металлическая пластина, которая теперь несет только один знак заряда (положительный в нашем примере), поднимается.[4]

Показан индуцированный заряд на пластине перед заземлением.
Заземление электрофора прикосновением к нему.

Поскольку в этом процессе заряд диэлектрика не истощается, заряд на металлической пластине можно использовать для экспериментов, например, прикоснувшись к металлическим проводникам, позволяя заряду стекать, а незаряженную металлическую пластину можно снова поместить на диэлектрик и процесс повторяется, чтобы получить еще один заряд. Это можно повторять сколько угодно часто, поэтому в принципе можно получить неограниченное количество индуцированного заряда из одного заряда на диэлектрике. По этой причине Вольта назвал это Elettroforo Perpetuo (вечный носитель электричества).[10] При фактическом использовании заряд диэлектрика в конечном итоге (самое большее в течение нескольких дней) просочится через поверхность лепешки или атмосферу, чтобы рекомбинировать с противоположными зарядами вокруг, чтобы восстановить нейтральность.

Один из крупнейших образцов электрофора был построен в 1777 году немецким ученым. Георг Кристоф Лихтенберг.[8] Он был 6 футов (2 м) в диаметре, с металлической пластиной, поднимаемой и опускаемой с помощью системы шкивов. Сообщается, что он может производить искры диаметром 15 дюймов (38 см). Лихтенберг использовал свои разряды для создания странных древовидных знаков, известных как Цифры Лихтенберга.

Источник заряда

Заряд во Вселенной сохраняется. Электрофор просто разделяет положительные и отрицательные заряды. Положительный или отрицательный заряд попадает на металлическую пластину (или другой накопительный проводник), а противоположный заряд сохраняется в другом объекте после заземления (в земле или у человека, касающегося металлической пластины). Это разделение занимает работай поскольку самое низкое энергетическое состояние подразумевает незаряженные объекты. Работа выполняется путем поднятия заряженной металлической пластины от противоположно заряженной смолистой пластины. Эта дополнительная энергия, вложенная в систему, преобразуется в потенциальная энергия в виде разделения зарядов (противоположные заряды, которые изначально были на пластине), поэтому подъем металлической пластины фактически увеличивает ее напряжение относительно диэлектрической пластины.

Электрофор, таким образом, на самом деле является электростатическим устройством с ручным управлением. генератор, используя тот же принцип электростатическая индукция в качестве электростатические машины такой как Машина Вимшерста и Генератор Ван де Граафа.[4]

Примечания

  1. ^ Для получения информации об исследованиях Вильке электрофора (или «расслаиваемого конденсатора») см. Wilcke, John Carl (1762) »Ytterligare rön och försök om Contraira Electriciteterne vid laddningen och därtil hörande delar "(" Дополнительные находки и эксперименты с противоположными электрическими зарядами [которые создаются] во время зарядки, и части, связанные с ними ") в Kongliga Svenska Vetenskaps Academiens Handlingar (Труды Шведской королевской академии наук), т. 23, стр. 206-229, 245-266. Перепечатано на немецком языке как: Джон Карл Вильке (1765) «Fernere Untersuchung von den entgegengesetzten Elecktricitäten bei der Ladung und den dazu gehörenden Theilen» (Дальнейшее исследование противоположных электрических зарядов [возникающих] во время зарядки и принадлежащих к ним частей). Der Königliche schwedischen Akademie der Wissenschaften, Abhandlungen aus der Naturlehre, … , т. 24, стр. 213-235, 253-274.
  2. ^ Heilbron, J.L. Электричество в 17-18 веках: исследование физики раннего Нового времени (Беркли, Калифорния: Калифорнийский университет Press, 1979), стр. 418-419.
  3. ^ Панкальди, Джулиано (2003). Вольта, наука и культура в эпоху Просвещения. Издательство Принстонского университета. ISBN  0-691-12226-1. п. 73
  4. ^ а б c Джонс, Томас Б. (июль 2007 г.). «Электрофор и аксессуары». Веб-сайт Томаса Б. Джонса. Университет Рочестера. Получено 27 декабря 2007.
  5. ^ Панкальди 2003, стр. 75-105
  6. ^ Льюис, Нэнси Д. "Алесандро Вольта, Вечный Электрофор". Электричество: обзор ученых и их открытий. Получено 27 декабря 2007.
  7. ^ "Алессандро Вольта". Мир биографии. Получено 27 декабря 2007.
  8. ^ а б Харрис, Уильям Сноу (1867). Трактат о трении в теории и на практике. Лондон: Virtue & Co., стр.86.
  9. ^ «Электрофор». Британская энциклопедия, 11-е изд.. 9. Издательство Encyclopdia Britannica Publishing Co., 1910 г.. Получено 27 декабря 2007. п. 237
  10. ^ Шиффер, Майкл Брайан (2003). Нарисуйте молнию: Бенджамин Франклин и электрические технологии в эпоху Просвещения. Калифорнийский университет Press. ISBN  0-520-23802-8. стр. 55-57

Смотрите также

Рекомендации