Сообщение на тему создания конденсатора
Обновлено: 05.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
История создания и применение конденсатора
Первый конденсатор был создан в 1745 г. голландским ученым Питером Мушенбруком , профессором Лейденского университета. Проводя опыты по электризации тел, он опустил проводник от кондуктора электрической машины в стеклянный графин с водой. Случайно коснувшись пальцем этого проводника, ученый ощутил сильный электрический удар. Позже жидкость заменили металлическими проводниками изнутри и снаружи банки и назвали эту банку лейденской (рис. 4.68). В таком виде она просуществовала почти 200 лет.
Более сложные и совершенные конденсаторы нашли широкое применение в современных электротехнике и радиоэлектронной технике. Они есть в фильтрах адаптеров, которые подают постоянное напряжение для питания электронных приборов, в радиоприемниках и радиопередатчиках как элементы колебательных контуров или составные различных функциональных схем электронной аппаратуры. В фотовспышках конденсаторы накапливают большой заряд, необходимый для работы импульсной лампы.
Во многих широкодиапазонных радиоприемниках конденсаторы переменной емкости (рис. 4.69) позволяют плавно изменять собственную частоту колебательного контура при поиске передачи необходимой радиостанции. Широко распространены конденсаторы, емкость которых можно изменять электрическим способом. Их называют варикапами.
Конструктивно конденсаторы могут быть плоскими , трубчатыми , дисковыми . В качестве диэлектрика в них применяют парафинированную бумагу, слюду, воздух, пластмассы, керамику и т. п. (рис.4.70). Благодаря искусственным изоляционным материалам в наше время созданы конденсаторы большой емкости, приходящейся на единицу объема.
Первый конденсатор был создан в 1745 г. голландским ученым Питером Мушенбруком, профессором Лейденского университета. Проводя опыты по электризации тел, он опустил проводник от кондуктора электрической машины в стеклянный графин с водой. Случайно коснувшись пальцем этого проводника, ученый ощутил сильный электрический удар. Позже жидкость заменили металлическими проводниками изнутри и снаружи банки и назвали эту банку лейденской (рис. 4.68). В таком виде она просуществовала почти 200 лет.
Более сложные и совершенные конденсаторы нашли широкое применение в современных электротехнике и радиоэлектронной технике. Они есть в фильтрах адаптеров, которые подают постоянное напряжение для питания электронных приборов, в радиоприемниках и радиопередатчиках как элементы колебательных контуров или составные различных функциональных схем электронной аппаратуры. В фотовспышках конденсаторы накапливают большой заряд, необходимый для работы импульсной лампы.
История конденсаторов начинается в новаторские времена электричества. Во время открытия конденсатора наше понимание было настолько примитивным, что электричество считалось жидкостью и что оно существовало в двух формах: стекловидное электричество и смолистое электричество. Как вы увидите ниже, все это изменилось в первые годы существования конденсатора.
Конденсатор — это устройство для временного хранения электрического заряда, а его история начинается в 1745 году. В то время одним из способов производства электроэнергии было использование фрикционной машины.
Открытие лейденской банки
В 1745-м Эвальд Юрген фон Клейст из Померании (Германия) попробовал хранить электричество в алкоголе, решив, что может перевести электричество по проводнику от генератора в стеклянный медицинский сосуд. Поскольку электричество считалось жидкостью, такой подход выглядел разумным. Он считал, что стекло помешает электрической жидкости убежать из алкоголя. Он делал это примерно так же, как показано на картинке, пропустив гвоздь через пробку и опустив его в алкоголь, держа стеклянную бутылку одной рукой. О важной роли руки он в тот момент не догадывался. Фон Клейст обнаружил, что может получить искру, если прикоснётся к проводу, более мощную, чем если бы он использовал только один генератор.
По другой версии. То, что считается самым первым конденсатором, называлось Лейденская банка или лейденским сосудом (Leyden jar) которая была изобретена Питером ван Мушенбруком в 1746 году в Лейденском университете (или Лейдене) в Голландии. Это была стеклянная банка, завернутая внутри и снаружи тонкой металлической фольгой. Внешняя фольга была соединена с землей, а внутренняя фольга была соединена с источником электричества, таким как электростатический генератор. Хотя то, как это работает, не было понятно в то время, экспериментаторы обнаружили, что лейденский сосуд, казалось, накапливал электрический заряд даже после того, как он был отключен от генератора.
Как и многие ранние электрические устройства, поначалу лейденская банка не имела особого применения, кроме того, что позволяла ученым проводить более разнообразные электрические эксперименты. Например, Бенджамин Франклин использовал лейденские банки для хранения электричества от молнии в своем знаменитом эксперименте с воздушным змеем в 1752 году. Тем самым он доказал, что молния — это действительно электричество. Он также назвал коллекцию из нескольких банок батареей, из-за сходства с батареей орудий.
Батарея Лейденских банок
В 1776 году Алессандро Вольта, работая с различными методами измерения электрического потенциала, или напряжения (V) и заряда (Q), открыл, что для заданного объекта V и Q пропорциональны, назвав это “законом ёмкости”. Благодаря этому исследованию единицу напряжения назвали в его честь.
Удельная индуктивная емкость аппарата Фарадея
В 1830-х Майкл Фарадей проводил эксперименты, определившие, что материал, находящийся между пластинами конденсатора, влияет на количество заряда, сохраняющегося на пластинах. Он экспериментировал со сферическими конденсаторами – две концентрические металлические сферы, между которыми мог быть воздух, стекло, воск, шеллак (смола) или другие материалы. Используя крутильные весы Кулона, он измерял заряд конденсатора, когда в промежутке между сферами был воздух. Затем, сохраняя напряжение без изменений, он измерял заряд, заполняя промежуток другими материалами. Он обнаружил, что заряд был больше, если вместо воздуха использовались другие материалы. Он назвал это особой индуктивной ёмкостью, и из-за этой его работы единицы ёмкости называют фарадами.
Электрофорная машина (Wimshurst) с лейденскими банками
Лейденские банки и конденсаторы, изготовленные из плоского стекла и фольги, использовались для искровых передатчиков и медицинской электротерапии до конца 18 века. С изобретением радио конденсаторы стали постепенно принимать современный вид, в основном из-за необходимости уменьшения индуктивности, для работы на высоких частотах. Мелкие конденсаторы делали из гибких листов диэлектрика, таких, как промасленная бумага, часто закрученная, с фольгой с двух сторон.
История конденсаторов начинается вместе с первыми попытками изучения электричества. Я уподобляю их первым шагам авиации, когда люди изготавливали самолёты из дерева и ткани и пытались подпрыгнуть вверх, в воздух, не понимая в аэродинамике достаточно для того, чтобы понять, как остаться наверху. В изучении электричества был похожий период. Ко времени открытия конденсатора наше понимание было настолько примитивным, что считалось, будто электричество представляет собой жидкость, существующую в двух формах – стеклообразной и смолистой. И, как вы увидите дальше, всё поменялось в ранние годы развития конденсаторов.
История берёт начало в 1745 году. В то время электричество можно было создавать только электростатическим генератором. Стеклянный шар вращался со скоростью нескольких сотен оборотов в минуту, а экспериментатор прикасался к нему руками. Накопленное на нём электричество можно было разрядить. Сегодня мы называем этот эффект трибоэлектрическим – тут вы можете увидеть, как с его помощью можно запитать LCD-экран.
В 1745-м Эвальд Юрген фон Клейст из Померании (Германия) попробовал хранить электричество в алкоголе, решив, что может перевести электричество по проводнику от генератора в стеклянный медицинский сосуд. Поскольку электричество считалось жидкостью, такой подход выглядел разумным. Он считал, что стекло помешает электрической жидкости убежать из алкоголя. Он делал это примерно так же, как показано на картинке, пропустив гвоздь через пробку и опустив его в алкоголь, держа стеклянную бутылку одной рукой. О важной роли руки он в тот момент не догадывался. Фон Клейст обнаружил, что может получить искру, если прикоснётся к проводу, более мощную, чем если бы он использовал только один генератор.
Жан-Антуан Ноле (известный также как аббат Ноле), французский экспериментатор, окрестил сосуд Лейденским и продавал его как особый вид бутылей богатым людям, интересовавшимся наукой.
Именно в Лейденском университете обнаружили, что эксперимент работает, только если держать контейнер рукой, а не поддерживать его изолирующим материалом.
Сегодня мы понимаем, что жидкость, контактировавшая со стеклом, работала как одна пластина конденсатора, а рука – как другая, стекло же было диэлектриком. Источником высокого напряжения был генератор, а рука и тело обеспечивали заземление.
Даниэль Гралат, физик и мэр Гданьска (Польша) первым объединил несколько сосудов параллельно, чем увеличил количество хранимого заряда. В 1740-х и 1750-х Бенджамин Франклин на территории, вскоре превратившейся в Соединённые Штаты Америки, также экспериментировал с лейденскими банками и назвал коллекцию из нескольких банок батареей, из-за сходства с батареей орудий.
батарея Лейденских банок
разбираем банку
разобранная банка
Франклин экспериментировал с водой в бутылках и с фольгой, выстилавшей бутылки, и решил, что заряд хранится в стекле, а не в воде. Он работал с разборными лейденскими банками, у которых внешняя и внутренняя фольга снималась со стекла. Позже было доказано, что он неправ. Франклин работал с гигроскопичным стеклом, и когда он убирал фольгу, заряд перемещался через коронный разряд во влагу в стекле. Если использовать ёмкость из твёрдого парафина или закалённого стекла, заряд остаётся на металлических пластинах. Существует ещё один эффект, диэлектрическое поглощение, происходящий из-за диполей в диэлектрике, в результате которого конденсатор сохраняет заряд даже после закорачивания пластин.
Франклин работал с плоскими стеклянными пластинами, с фольгой с обеих сторон, описав конструкцию из нескольких таких конденсаторов в одном из писем.
В 1776 году Алессандро Вольта, работая с различными методами измерения электрического потенциала, или напряжения (V) и заряда (Q), открыл, что для заданного объекта V и Q пропорциональны, назвав это “законом ёмкости”. Благодаря этому исследованию единицу напряжения назвали в его честь.
Аппарат Фарадея
В 1830-х Майкл Фарадей проводил эксперименты, определившие, что материал, находящийся между пластинами конденсатора, влияет на количество заряда, сохраняющегося на пластинах. Он экспериментировал со сферическими конденсаторами – две концентрические металлические сферы, между которыми мог быть воздух, стекло, воск, шеллак (смола) или другие материалы. Используя крутильные весы Кулона, он измерял заряд конденсатора, когда в промежутке между сферами был воздух. Затем, сохраняя напряжение без изменений, он измерял заряд, заполняя промежуток другими материалами. Он обнаружил, что заряд был больше, если вместо воздуха использовались другие материалы. Он назвал это особой индуктивной ёмкостью, и из-за этой его работы единицы ёмкости называют фарадами.
Генератор Уимсхёрста
Лейденские банки и конденсаторы, изготовленные из плоского стекла и фольги, использовались для искровых передатчиков и медицинской электротерапии до конца 18 века. С изобретением радио конденсаторы стали постепенно принимать современный вид, в основном из-за необходимости уменьшения индуктивности, для работы на высоких частотах. Мелкие конденсаторы делали из гибких листов диэлектрика, таких, как промасленная бумага, часто закрученная, с фольгой с двух сторон. История современных конденсаторов описывается отдельным постом.
Интересно, что ранние конденсаторы очень похожи на самоделки, и некоторые действительно делались энтузиастами. Лейденские банки и сейчас используются любителями высоких напряжений, как в этом генераторе Уимсхёрста, напечатанном на 3D-принтере, и как в этом развлечении с "банкой смерти".
Первая версия изобретения конденсатора
Существуют три версии создания конденсатора и сразу две из них связаны с голландским ученым Питером ван Мушенбруком, который в 1745 году проводил многочисленные эксперименты с электрической машиной.
Во время очередного такого эксперимента ученый по чистой случайности поместил один из электродов машины в заполненную водой стеклянную банку. А после завершения работы с машиной так же нечаянно коснулся до электрода и получил достаточно сильный удар электрическим током.
Придя в себя после такого потрясения, он сообщил о результатах своего эксперимента французскому ученому совету. Такова первая версия.
Вторая версия
Гораздо более правдоподобной выглядит вторая версия, согласно которой все тот же ученый проводил эксперименты целенаправленно и случайности тут не было.
Так вот Мушенбрук, зная о непроводимости стекла (диэлектрик), во время эксперимента держался рукой за внешнюю стенку банки, а после того как машина перестала работать прикоснулся второй рукой до электрода, все время находившегося в воде.
Таким образом, была замкнута цепь, а весь накопленный заряд прошел через экспериментатора.
В 1746 году в очередном письме своему другу и коллеге Реомюру он так опишет свои ощущения от эксперимента:
Так как серия опытов проводилась в городе Лейден, впоследствии изобретенный таким образом прибор стал именоваться Лейденская банка. Это название дал Жан-Антуан Нолле, который занимался активной продажей изделия богатеям того времени, которые увлекались электричеством.
Как это часто бывает, независимо друг от друга ученые проводят аналогичные эксперименты.
Третья версия создания первого конденсатора
Согласно еще одной версии, первый конденсатор был создан настоятелем собора в Померании (Германия) Эдвардом фон Клейстом. Ученый – настоятель проводил эксперименты со святой водой и хотел с помощью электричества улучшить ее. Только кроме электрода он поместил в банку с освященной водой гвоздь.
Так же прикоснувшись к нему после эксперимента, настоятель получил сильный удар током, о чем было сообщено в немецкое научное сообщество.
Эксперименты с Лейденской банкой
Самый яркий эксперимент с созданным прибором был осуществлен физиком французского происхождения Ж. Нолле в Версале при личном присутствии короля.
Впоследствии проводилось огромное количество экспериментов, и Лейденская батарейка была преобразована в современные конденсаторы.
Хотите узнать, как протекал этот процесс? Тогда подписывайтесь и ставьте лайк, чтобы не пропустить вторую часть выпуска, где будет рассказано о дальнейшем развитии первых конденсаторов.
Оригинал статьи размещен на моем сайте Энергофиксик , где также можно найти много полезного и интересного материала.
Читайте также: