De Leidse fles Het is een dunne glazen fles of kan, die aan de binnenkant een strak passend metalen plaatje bevat en aan de buitenkant nog een even strakke metalen film..
Het is het eerste elektrische apparaat in de geschiedenis dat werd gebruikt om elektrische ladingen op te slaan door het simpelweg aan te raken, hetzij door de staaf of door de buitenlaag, met een staaf die eerder was opgeladen door wrijving (tribo-elektrisch effect) of door elektrostatische inductie. Een spanningsbron zoals een cel of batterij kan ook worden gebruikt.
Artikel index
De uitvinding van de Leidse fles wordt toegeschreven aan Pieter van Musschenbroek, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Leiden in 1745. Onafhankelijk en gelijktijdig slaagde de Duitse uitvinder Ewald Georg von Kleist er ook in om statische elektriciteit op te slaan met soortgelijke flessen, vooruitlopend op de Nederlandse.
Musschenbroek had de hulp van een advocaat genaamd Cunaeus, die hij had uitgenodigd in zijn laboratorium in Leiden. Dit scherpzinnige personage was de eerste die opmerkte dat de lading zich ophoopte door de fles met zijn hand vast te houden terwijl hij de staaf of naald oplaadde met de elektrostatische machine..
Nadat professor Musschenbroek iedereen had verrast met zijn uitvinding, werd de volgende verbetering van de Leidse fles, aangezien het apparaat uiteindelijk werd gedoopt, in 1747 gemaakt dankzij John Bevis, een arts, onderzoeker en last but not least de astronoom die de Krabnevel ontdekte..
Bevis merkte op dat als je de fles aan de buitenkant met een dun laken bedekte, je hem niet met je hand hoefde vast te houden..
Hij realiseerde zich ook dat het vullen met water of alcohol niet nodig was (de originele Musschenbroek-fles was gevuld met vloeistof) en dat het alleen nodig was om de binnenwand van de fles te bedekken met metaalfolie in contact met de staaf die door de kurk gaat. ..
Latere experimenten toonden aan dat meer lading zich ophoopte naarmate het glas dunner werd en het aangrenzende metalen oppervlak uitgebreider..
In figuur 1 zijn de onderdelen van een Leidse fles weergegeven. Het glas fungeert als isolator of diëlektricum tussen de platen en geeft ze bovendien de nodige ondersteuning. De platen zijn meestal van dunne folie van tin, aluminium of koper.
Een isolator wordt ook gebruikt om het deksel van de pot te maken van bijvoorbeeld droog hout, plastic of glas. Het deksel is doorboord door een metalen staaf waaraan een ketting hangt die dient om elektrisch contact te maken met de interne plaat..
- Glazen pot, zo dun mogelijk
- Metaalfolie (aluminium, tin, koper, lood, zilver, goud) om de binnen- en buitenkant van de fles afzonderlijk te bedekken.
- Afdekking van isolatiemateriaal met gaten.
- Metalen staafje om door het geperforeerde deksel te gaan en dat aan de binnenkant een ketting of kabel heeft die metallisch contact maakt met het binnenblad van de fles. Het andere uiteinde van de staaf eindigt over het algemeen in een bol, om elektrische bogen te vermijden als gevolg van geaccumuleerde ladingen op de punten..
Om de accumulatie van elektrische lading te verklaren, is het noodzakelijk om te beginnen met het vaststellen van het verschil tussen isolatoren en geleiders..
Metalen zijn geleidend omdat elektronen (dragers van elementaire negatieve lading) er vrij in kunnen bewegen. Wat niet wil zeggen dat het metaal altijd geladen is, het blijft zelfs neutraal als het aantal elektronen gelijk is aan het aantal protonen..
De elektronen in isolatoren daarentegen missen de typische mobiliteit van metalen. Door wrijving tussen verschillende isolatiematerialen kan het echter gebeuren dat elektronen van het oppervlak van een van hen naar het oppervlak van de andere gaan..
Terugkomend op de Leidse fles, in vereenvoudigde vorm is het een metalen folie die door een isolator is gescheiden van een andere geleidende folie. Figuur 3 toont een schema.
Stel dat de externe plaat is geaard, hetzij met de hand of met een draad. Wanneer een staaf wordt benaderd die positief is opgeladen door te wrijven, wordt de staaf die op de binnenplaat is aangesloten, gepolariseerd. Dit leidt tot een scheiding van ladingen in het geheel staaf-binnenplaat.
Elektronen op de buitenste plaat worden aangetrokken door de positieve ladingen op de tegenoverliggende plaat en meer elektronen bereiken de buitenste plaat vanaf de grond.
Wanneer deze verbinding wordt verbroken, wordt de plaat negatief geladen en wanneer de staaf wordt gescheiden, wordt de binnenplaat positief geladen..
De Leidse fles was de eerste bekende condensator. Een condensator bestaat uit twee metalen platen gescheiden door een isolator en ze staan in de elektriciteit en elektronica bekend als onmisbare schakelelementen..
De eenvoudigste condensor bestaat uit twee vlakke platen NAAR gescheiden een afstand d veel kleiner dan de grootte van de platen.
De capaciteit C lading opslaan in een vlakke plaatcondensator is evenredig met het oppervlak NAAR platen, en omgekeerd evenredig met de scheiding d tussen platen. De constante van evenredigheid is elektrische permittiviteit ε en ze worden samengevat in de volgende uitdrukking:
C = ε⋅A / d
De condensator gevormd door de Leidse fles kan worden benaderd door twee concentrische cilindrische platen met stralen naar intern en radio b voor het entreepaneel en hoogte L.. Het verschil in radii is precies de dikte van het glas d wat is de scheiding tussen de platen.
De capaciteit C van een cilindrische plaatcondensator wordt gegeven door:
C = ε⋅2πL / ln (b / a)
Zoals uit deze uitdrukking kan worden afgeleid, hoe langer de lengte L, hoe meer capaciteit het apparaat heeft.
In het geval dat de dikte of scheiding d veel kleiner is dan de straal, dan kan de capaciteit als volgt worden benaderd door de uitdrukking van de vlakke platen:
C ≈ ε⋅2πa L / d = ε⋅p L / d
In de bovenstaande uitdrukking p is de omtrek van de cilindrische plaat en L. de hoogte.
Ongeacht de vorm, de maximale belasting Q dat een condensator kan accumuleren is evenredig met de laadspanning V., zijnde de capaciteit C van de condensator de evenredigheidsconstante.
Q = C⋅ V
Met direct beschikbare materialen thuis en wat handwerk kun je professor Musschenbroek nabootsen en een Leidse fles bouwen. Hiervoor heb je nodig:
- 1 glazen of plastic potje, bijvoorbeeld mayonaise.
- 1 geperforeerde kunststof isolatiekap waar een stijve draad of kabel doorheen wordt geleid.
- Rechthoekige stroken keukenfolie om aan de binnen- en buitenkant van de pot te bedekken, te lijmen of te hechten. Het is belangrijk dat de aluminium coating de rand van de fles niet bereikt, deze mag iets hoger zijn dan de helft.
- Een flexibele kabel zonder isolatie die aan de binnenkant van de staaf is gesplitst, zodat deze contact maakt met de aluminiumfolie die de binnenkant van de wand van de fles bekleedt.
- Metalen bol (gaat bovenop het deksel om het effect van spikes te voorkomen).
- Niet-geïsoleerde draad die aan de buitenste aluminiumfolie moet worden gehecht.
- Liniaal en schaar.
- plakband.
Opmerking: een andere versie die het werk van het plaatsen van aluminiumfolie aan de binnenkant vermijdt, is om de fles of pot te vullen met een oplossing van water en zout, die als binnenplaat zal dienen..
Bedek de fles van binnen en van buiten met de aluminiumfoliestroken, indien nodig worden ze vastgemaakt met plakband, en zorg ervoor dat u het midden van de fles niet te veel overschrijdt.
- Prik voorzichtig in de dop om door de blanke koperdraad of kabel te gaan, om de aluminiumfolie aan de binnenkant van de fles in contact te brengen met de buitenkant, waar de geleidende bol net boven de dop moet worden geplaatst..
- Er wordt meer ongeïsoleerde draad gebruikt om de buitenmantel te binden en een soort handvat te maken. Het hele samenstel zou eruit moeten zien zoals getoond in figuren 1 en 4.
Als de Leidse fles eenmaal is gebouwd, kun je ermee experimenteren:
Als u een oude tv of monitor met een kathodestraalscherm heeft, kunt u deze gebruiken om de fles op te laden. Om dit te doen, houdt u de fles met één hand vast bij de buitenste plaat, terwijl u de kabel die met het binnenste deel verbindt, dichterbij brengt en het scherm aanraakt..
De kabel die aan de buitenkant is vastgemaakt, moet zich dicht bij de kabel bevinden die van de binnenkant van de fles komt. Merk op dat er een vonk ontstaat die aangeeft dat de fles elektrisch is opgeladen..
Als u geen geschikt scherm heeft, kunt u de Leidse fles vullen door deze dicht bij een wollen doek te houden die u net uit de wasdroger heeft gehaald. Een andere optie voor de oplaadbron is om een stuk plastic (PVC) buis te nemen dat eerder is geschuurd om vet en lak te verwijderen. Wrijf de buis met een papieren handdoek totdat deze voldoende is opgeladen.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.