Электрофор
В электромагнетизме электрофор используемый или электрофор — это простой ручной емкостный электростатический генератор, для производства заряда посредством процесса электростатической индукции . Первая его версия была изобретена в 1762 году шведским профессором Йоханом Карлом 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 было придумано Вольтой от греческого ήλεκτρον , электрон , и φορεύς , phoreus , что означает «носитель электричества». [8]
Описание и работа
[ редактировать ]
Электрофор состоит из диэлектрической пластины (первоначально «лепешка» из смолистого материала типа смолы или воска, но в современных вариантах используется пластик) и металлической пластины с изолирующей ручкой. [9] Диэлектрическая пластина сначала заряжается за счет трибоэлектрического эффекта путем ее трения о мех или ткань. Для этого обсуждения представьте, что диэлектрик приобретает отрицательный заряд в результате трения, как показано на рисунке ниже. Затем металлическую пластину помещают на диэлектрическую пластину. Диэлектрик не передает значительную часть своего поверхностного заряда металлу из-за плохого микроскопического контакта. Вместо этого электростатическое поле заряженного диэлектрика заставляет заряды металлической пластины разделяться. В нем образуются две области заряда: положительные заряды пластины притягиваются к стороне, обращенной вниз к диэлектрику, заряжая его положительно, а отрицательные заряды отталкиваются к стороне, обращенной вверх, заряжая ее отрицательно, при этом пластина остается электрически нейтральной. в целом. Затем сторона, обращенная вверх, на мгновение заземляется (что можно сделать, коснувшись ее пальцем), снимая отрицательный заряд. Наконец, металлическая пластина, теперь несущая только один знак заряда (в нашем примере положительный), поднимается. [4]
Поскольку заряд диэлектрика при этом не истощается, заряд металлической пластины можно использовать для экспериментов, например, прикоснувшись ею к металлическим проводникам, позволяя заряду стечь, а незаряженную металлическую пластину можно положить обратно на диэлектрик, и процесс повторяется, чтобы получить еще один заряд. Это можно повторять сколь угодно часто, поэтому в принципе можно получить неограниченное количество индуцированного заряда от одного заряда диэлектрика. По этой причине Вольта назвал его elettroforo perpetuo (вечный носитель электричества). [10] При фактическом использовании заряд диэлектрика в конечном итоге (максимум в течение нескольких дней) просачивается через поверхность осадка или атмосферу, чтобы воссоединиться с противоположными зарядами вокруг и восстановить нейтральность.
Один из крупнейших образцов электрофора был построен в 1777 году немецким учёным Георгом Кристофом Лихтенбергом . [8] Его диаметр составлял 6 футов (2 м), металлическая пластина поднималась и опускалась с помощью системы шкивов. Сообщается, что он может производить искры размером 15 дюймов (38 см). Лихтенберг использовал свои разряды для создания странных древовидных знаков, известных как фигуры Лихтенберга .
Источник обвинения
[ редактировать ]
Заряд во Вселенной сохраняется. Электрофор просто разделяет положительные и отрицательные заряды. Положительный или отрицательный заряд оказывается на металлической пластине (или другом накопительном проводнике), а противоположный заряд после заземления сохраняется в другом объекте (в земле или человеке, прикасающемся к металлической пластине). Это разделение требует работы , поскольку состояние с самой низкой энергией подразумевает незаряженные объекты. Работа выполняется путем поднятия заряженной металлической пластины от противоположно заряженной смоляной пластины. Эта дополнительная энергия, поступившая в систему, преобразуется в потенциальную энергию в виде разделения зарядов (разноименных зарядов, которые изначально были на пластине), поэтому подъем металлической пластины фактически увеличивает ее напряжение относительно диэлектрической пластины.
Таким образом, электрофор на самом деле представляет собой электростатический генератор с ручным управлением , использующий тот же принцип электростатической индукции , что и электростатические машины, такие как машина Вимшерста и генератор Ван де Граафа . [4]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Информацию об исследованиях Вильке электрофора (или «расчленяемого конденсатора») см. Вильке, Джон Карл (1762) « Ytterligare rön och försök om contraira electriciteterne vid laddningen och därtil hörande delar » («Дополнительные результаты и эксперименты по противоположным электрическим заряды, [которые создаются] во время зарядки, и связанные с ними части») в Kongliga Svenska Vetenskaps Academiens Handlingar (Proceedings of the Royal шведской академии наук), vol. 23, стр. 206–229, 245–266. Перепечатано на немецком языке как: Джон Карл Вильке (1765) жуто куче «Дальнейшее исследование противоположных электрических зарядов, [которые создаются] во время зарядки, и принадлежащих им частей», Шведская королевская академия наук, Трактаты по естественным наукам , ... , том. 24 , стр. 213–235, 253–274.
- ^ Хейлброн, Дж. Л. Электричество в 17 и 18 веках: исследование ранней современной физики (Беркли, Калифорния: University of California Press, 1979), стр. 418-419.
- ^ Панкальди, Джулиано (2003). Вольта, Наука и культура в эпоху Просвещения . Издательство Принстонского университета. ISBN 0-691-12226-1 . п. 73
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Джонс, Томас Б. (июль 2007 г.). «Электрофор и аксессуары» . Веб-сайт Томаса Б. Джонса . Университет Рочестера. Архивировано из оригинала 16 декабря 2007 года . Проверено 27 декабря 2007 г.
- ^ Панкальди 2003, стр. 75-105
- ^ Льюис, Нэнси Д. «Алесандро Вольта, Вечный Электрофор» . Электричество: Краткое изложение ученых и их открытий . Архивировано из оригинала 11 декабря 2007 года . Проверено 27 декабря 2007 г.
- ^ «Алессандро Вольта» . Мир Биографии . Проверено 27 декабря 2007 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Харрис, Уильям Сноу (1867). Трактат о фрикционном электричестве в теории и практике . Лондон: Virtue & Co., с. 86 .
- ^ Флеминг, Джон Амброуз (1911). . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . Том. 09 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 237; см. строки семь и восемь.
Его электрофор в одной из форм состоял из диска из непроводящего материала, такого как смола или смола, помещенного между двумя металлическими листами, один из которых был снабжен изолирующей ручкой.
- ^ Шиффер, Майкл Брайан (2003). Нарисуйте молнию: Бенджамин Франклин и электротехника в эпоху Просвещения . Издательство Калифорнийского университета. ISBN 0-520-23802-8 . стр. 55-57
Ссылки
[ редактировать ]- Панкальди, Джулиано (2003). Вольта, Наука и культура в эпоху Просвещения . Издательство Принстонского университета. ISBN 0-691-12226-1 . , стр. 73–105 «Изобретение» Вольтой электрофора.
- Джонс, Томас Б. (июль 2007 г.). «Электрофор и аксессуары» . Веб-сайт Томаса Б. Джонса . Университет Рочестера. Архивировано из оригинала 16 декабря 2007 года . Проверено 27 декабря 2007 г.
- Шиффер, Майкл Брайан (2003). Нарисуйте молнию: Бенджамин Франклин и электротехника в эпоху Просвещения . Издательство Калифорнийского университета. ISBN 0-520-23802-8 . стр. 55–57. Место электрофора в истории электростатики, хотя автор не упоминает вклад Вильке.
- Флеминг, Джон Амброуз (1911). . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . Том. 09 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 237.