LEYDEN ŞIŞESI: PARÇALAR, OPERASYON, DENEYLER - FIZIKSEL - 2025

Leyden şişe içinde ve dışında başka bir dar bir metal film ile sıkı bir şekilde oturan bir metal folyo içerir, ince bir cam şişe veya kavanoz, olduğu.

Tarihte elektrik yüklerini, daha önce sürtünme (triboelektrik etki) veya elektrostatik indüksiyon ile yüklenmiş bir çubukla, çubuk veya dış tabaka ile dokunarak depolamaya yarayan ilk elektrikli cihazdır. Bir hücre veya pil gibi bir voltaj kaynağı da kullanılabilir.

Şekil 1. Şekil tipik bir Leyden şişesini göstermektedir. İç tabaka kondansatör plakalarından biri ve dış tabaka diğer plakadır. Kaynak: Wikimedia Commons. şube

Tarih

Leyden şişesinin icadı, 1745 yılında Leyden Üniversitesi Fizik Profesörü Pieter van Musschenbroek'e atfedilmiştir. Alman mucit Ewald Georg von Kleist bağımsız olarak ve eşzamanlı olarak statik elektriği benzer şişelerle depolamayı da başardı. Flemenkçe.

Musschenbroek, Leyden'deki laboratuvarına davet ettiği Cunaeus adlı bir avukatın yardımını aldı. Bu akıllı karakter, çubuk veya iğne elektrostatik makine ile doldurulurken şişeyi eliyle tutarak biriken yükün ilk farkına varan kişiydi.

Profesör Musschenbroek buluşuyla herkesi şaşırttıktan sonra, cihaz nihayet vaftiz edildiğinde Leyden şişesindeki bir sonraki gelişme, bir doktor, araştırmacı ve son olarak keşfeden astronom John Bevis sayesinde 1747'de yapıldı. Yengeç Bulutsusu.

Bevis, şişenin dışını ince bir çarşafla kapatırsanız, elinizle tutmanıza gerek olmadığını gözlemledi.

Ayrıca, su veya alkol ile doldurmanın gerekli olmadığını (orijinal Musschenbroek şişesi sıvıyla doldurulmuştu) ve sadece şişenin iç duvarını mantardan geçen çubukla temas halinde olan metal folyo ile kaplamanın gerekli olduğunu fark etti.

Daha sonraki deneyler, cam inceldikçe ve bitişik metal yüzey daha geniş hale geldikçe daha fazla yük biriktiğini ortaya çıkardı.

parçalar

Bir Leyden şişesinin parçaları şekil 1'de gösterilmektedir. Cam, gerekli desteği sağlamaya ek olarak, plakalar arasında bir yalıtkan veya dielektrik görevi görür. Plakalar genellikle ince kalay, alüminyum veya bakır levhalardır.

Örneğin kuru ahşap, plastik veya cam gibi kavanozun kapağını yapmak için bir yalıtkan da kullanılır. Kapak, iç plaka ile elektrik teması kurmaya yarayan bir zincirin asılı olduğu metal bir çubukla delinmiştir.

Leyden Şişesini yapmak için gerekli malzemeler

- Mümkün olduğunca ince cam şişe

- Şişenin iç ve dış kısmını ayrı ayrı kaplamak için metal folyo (alüminyum, kalay, bakır, kurşun, gümüş, altın).

- Delikli yalıtım malzemesi kapağı.

- Delikli kapaktan geçen ve iç uçta şişenin iç tabakası ile metalik temas sağlayan bir zincir veya kabloya sahip metal çubuk. Çubuğun diğer ucu, uçlarda biriken yüklerden kaynaklanan elektrik arklarını önlemek için genellikle bir küre şeklinde son bulur.

Şekil 2. Leyden şişesinin parçaları. Kaynak: Wikimedia Commons.

İşleyen

Elektrik yükü birikimini açıklamak için, yalıtkanlar ve iletkenler arasındaki farkı belirleyerek başlamak gerekir.

Metaller iletkendir çünkü elektronlar (temel negatif yük taşıyıcıları) içlerinde serbestçe hareket edebilir. Bu, metalin her zaman yüklü olduğu anlamına gelmez, aslında elektron sayısı proton sayısına eşit olduğunda nötr kalır.

Aksine, izolatörlerin içindeki elektronlar, metallerin tipik hareketliliğinden yoksundur. Bununla birlikte, farklı yalıtım malzemeleri arasında sürtünme ile, birinin yüzeyindeki elektronların diğerinin yüzeyine geçmesi mümkündür.

Leyden şişesine dönersek, basitleştirilmiş haliyle, başka bir iletken folyodan bir yalıtkanla ayrılan metalik bir folyodur. Şekil 3 bir şematik göstermektedir.

Şekil 3: Leyden şişesinin basitleştirilmiş diyagramı ve yükü nasıl elde ettiği. Kaynak: Fanny Zapata.

Dış plakanın elle tutularak veya bir tel ile topraklandığını varsayalım. Sürtünmeyle pozitif yüklü bir çubukla yaklaşıldığında, iç plakaya bağlanan çubuk polarize olur. Bu, çubuk-iç plaka düzeneğinde yüklerin ayrılmasına yol açar.

Dış levhadaki elektronlar, karşı levhadaki pozitif yüklere çekilir ve daha fazla elektron dış levhaya yerden ulaşır.

Bu bağlantı koptuğunda plaka negatif yüklü hale gelir ve çubuk ayrıldığında iç plaka pozitif yüklü hale gelir.

Kapasitörler veya kapasitörler

Leyden şişesi, bilinen ilk kapasitördü. Bir kondansatör, bir yalıtkanla ayrılmış iki metal plakadan oluşur ve elektrik ve elektronikte vazgeçilmez devre elemanları olarak iyi bilinir.

En basit kapasitör, plakaların boyutundan çok daha küçük bir d mesafesi ile ayrılan iki düz A alanı plakasından oluşur.

Düz plaka kapasitöründe şarj depolama kapasitesi C, plakaların alanı A ile orantılıdır ve plakalar arasındaki boşluk d ile ters orantılıdır. Orantılılık sabiti elektriksel geçirgenliktir ε ve aşağıdaki ifadede özetlenmiştir:

Leyden şişesinin oluşturduğu kapasitör, iç yarıçapı a iç ve dış levha için b yarıçapı ve L yüksekliği olan iki eş merkezli silindirik levha ile yaklaştırılabilir. Yarıçaplardaki fark, tam olarak camın kalınlığıdır ve bu, plakalar arasındaki ayrımdır.

Silindirik plaka kapasitörün kapasitesi C şu şekilde verilir:

Bu ifadeden anlaşılacağı gibi, L uzunluğu ne kadar uzunsa, cihazın kapasitesi o kadar fazladır.

Leyden şişe kapasitesi

D kalınlığının veya ayrımının yarıçaptan çok daha az olması durumunda, kapasite, yassı plakaların aşağıdaki gibi ifadesiyle yaklaşık olarak tahmin edilebilir:

Önceki ifadede p, silindirik plakanın çevresi ve L, yüksekliğidir.

Şekilden bağımsız olarak, bir kapasitörün biriktirebileceği maksimum yük Q, kapasitörün kapasitesi C orantılılık sabiti olmak üzere şarj voltajı V ile orantılıdır.

Q = C ⋅ V

Bir şişe ev yapımı Leyden

Evde hazır bulunan malzemeler ve bazı el becerileriyle, Profesör Musschenbroek'i taklit edebilir ve bir Leyden şişesi yapabilirsiniz. Bunun için ihtiyacınız olan:

- Mayonez gibi 1 bardak veya plastik kavanoz.

- Sert bir tel veya kablonun geçirileceği 1 delikli plastik yalıtım kapağı.

- Kavanozun içini ve dışını örtmek, yapıştırmak veya yapıştırmak için dikdörtgen mutfak alüminyum folyo şeritleri. Alüminyum kaplamanın kavanozun kenarına ulaşmaması önemlidir, yarısından biraz daha yüksek olabilir.

- Şişenin duvarının içini kaplayan alüminyum folyo ile temas etmesi için çubuğun içine eklenmiş, yalıtımsız esnek bir kablo.

- Metalik küre (sivri uçların etkisini önlemek için kapağın üstüne çıkar).

- Dış alüminyum saca yapıştırılacak izolasyonsuz kablo.

- Cetvel ve makas.

- Selobant.

Not: Alüminyum folyoyu içeriye yerleştirme işinden kaçınan bir başka versiyon, şişeyi veya kavanozu, iç plaka görevi görecek olan bir su ve tuz çözeltisiyle doldurmaktır.

süreç

Şişenin içini ve dışını alüminyum folyo şeritlerle kapatın, gerekirse yapışkan bantla sabitleyin, şişenin ortasını çok fazla aşmamaya dikkat edin.

- Bakır teli veya kabloyu yalıtkan kapak olmadan geçirmek, şişenin iç alüminyum folyosunu dışarıyla temas ettirmek için, iletken küre kapağın hemen üstüne yerleştirmek için dikkatlice delin.

- Dış ceketi bağlamak ve bir tür tutamak yapmak için yalıtımsız daha fazla tel kullanılır. Tüm montaj, şekil 1 ve 4'te gösterilene benzemelidir.

Şekil 4. Leyden şişesi. Kaynak: F. Zapata.

Deneyler

Leyden şişesi yapıldıktan sonra deneyebilirsiniz:

Deney 1

Eski bir televizyonunuz veya katot ışınlı ekranlı bir monitörünüz varsa, şişeyi şarj etmek için kullanabilirsiniz. Bunu yapmak için, şişeyi bir elinizle dış plakadan tutun, iç kısma bağlanan kabloyu yaklaştırıp ekrana dokunarak tutun.

Dışarıya bağlanan kablo, şişenin içinden gelen kabloya yakın olmalıdır. Şişenin elektriksel olarak yüklendiğini gösteren bir kıvılcım oluştuğuna dikkat edin.

Deney 2

Uygun bir ızgaranız yoksa çamaşır kurutucusundan yeni çıkardığınız yünlü bir beze yakın tutarak Leyden şişesini doldurabilirsiniz. Şarj kaynağı için başka bir seçenek, gresi ve verniği çıkarmak için daha önce zımparalanmış bir parça plastik (PVC) tüp almaktır. Yeterince dolana kadar tüpü bir kağıt havluyla ovalayın.

Referanslar

1. Leyden şişesi. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
2. Elektrikli aletler. Leyden Jar. Geri alındı: Brittanica.com
3. Endesa eğitiyor. Deney: Leyden şişesi. Youtube.com adresinden kurtarıldı.
4. Leyden Jar. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.
5. "MacGyver" deki Leyden kavanozunun fiziği. Kurtarıldı: wired.com
6. Tippens, P. Fizik: Kavramlar ve Uygulamalar. 516-523.