Bouteille de pièces de Leyden, opération, expériences

La Bouteille de leyde C'est une fine bouteille en verre ou une cruche, qui contient une feuille de métal bien ajustée dans sa partie interne et à l'extérieur un autre film métallique tout aussi serré.

Il s'agit du premier dispositif électrique de l'histoire qui a servi à stocker les charges électriques simplement en la touchant, soit par la tige ou par la feuille externe, avec une barre précédemment chargée de frottement (effet triboélectrique) ou par induction électrostatique. Vous pouvez également utiliser une source de tension telle qu'une batterie ou une batterie.

Figure 1. La figure montre une bouteille de Leyden typique. La feuille intérieure est l'une des plaques de condenseur et la feuille externe est l'autre plaque. Source: Wikimedia Commons. Rama [cc by-sa 3.0 fr (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0 / fr / acte.in)] [toc]

Histoire

L'invention de la bouteille de Leyden. Indépendant et simultanément, l'inventeur allemand Ewald Georg von Kleist a également réussi à stocker l'électricité statique avec des bouteilles similaires, anticipant le Néerlandais.

Musschenbroek avait l'aide d'un avocat nommé Cunaeus, qu'il avait invité à son laboratoire à Leyden. Ce personnage Sagazo a été le premier à réaliser que la charge s'est accumulée en tenant la bouteille avec la main tout en chargeant la barre ou l'aiguille avec la machine électrostatique.

Après que le professeur Musschenbroek ait surpris tout le monde avec son invention, l'amélioration suivante de la bouteille de Leyden, car l'appareil a finalement été baptisé, a été réalisée en 1747 grâce à John Bevis, médecin, chercheur et si cela n'était pas suffisant l'astronome, il a découvert la nébuleuse de crabe.

Bevis a observé que s'il couvrait la bouteille sur son dehors avec une feuille mince, il n'était pas nécessaire de le tenir avec sa main.

Il a également réalisé que le remplir d'eau ou d'alcool n'était pas nécessaire (la bouteille d'origine de Musschenbroek était pleine de liquide) et que seule la paroi intérieure de la bouteille avec un folio métallique était nécessaire en contact avec la tige qui traverse le liège.

Des expériences ultérieures ont révélé que plus de charge s'accumulait lorsque le verre était plus mince et la surface métallique adjacente la plus étendue.

Des soirées

Les parties d'une bouteille de Leyden sont illustrées à la figure 1. Le verre agit comme un isolant ou un diélectrique entre les plaques, en plus de servir à leur apporter le soutien nécessaire. Les assiettes sont généralement des tranches d'étain minces, de l'aluminium ou du cuivre.

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Pour fabriquer le couvercle de la cruche, un isolant est également utilisé, par exemple le bois sec, le plastique ou le verre. Le couvercle est transféré par une tige métallique à partir de laquelle une chaîne qui sert à établir un contact électrique avec la plaque interne est suspendue.

Matériaux nécessaires pour fabriquer la bouteille Leyden

- Bouteille de verre, étant aussi mince que possible

- Feuille de métaux (aluminium, étain, cuivre, plomb, argent, or) pour couvrir séparément, la partie interne et externe de la bouteille.

- Couvercle de matériau isolant horadada.

- Tie métallique pour traverser le couvercle horare et celle dans l'extrémité intérieure a une chaîne ou un câble qui établit un contact métallique avec la feuille intérieure de la bouteille. L'autre extrémité de la tige se termine généralement par une sphère, pour éviter les arches électriques par des charges accumulées sur les pointes.

Figure 2. Parties d'une bouteille de Leyden. Source: Wikimedia Commons.

Fonctionnement

Pour expliquer l'accumulation de charge électrique, il est nécessaire de commencer par établir la différence entre les isolateurs et les conducteurs.

Les métaux sont des conducteurs car les électrons (porteurs de charge négatif élémentaires) peuvent se déplacer librement en eux. Ce qui ne signifie pas que le métal est toujours chargé, en fait il reste neutre lorsque la quantité d'électrons est égale à celle des protons.

D'un autre côté, les électrons à l'intérieur des isolateurs n'ont pas la mobilité typique des métaux. Cependant, en frottant entre différents matériaux isolants, il peut arriver que les électrons de la surface de l'un d'eux aillent à la surface de l'autre.

Retour à la bouteille de Leyden, simplifié, c'est une feuille de métaux séparée par un isolant d'une autre feuille conductrice. La figure 3 montre un schéma.

Figure 3: Schéma simplifié de la bouteille de Leyden et comment il acquiert la charge. Source: Fanny Zapata.

Supposons que la plaque extérieure se connecte à la terre, la tenant avec la main ou au moyen d'un câble. Lorsqu'une barre qui a été chargée positivement par frottement, la tige qui se connecte avec la plaque interne est polarisée. Cela conduit à une séparation des charges dans l'ensemble Plaque de tige interne.

Les électrons de la plaque externe sont attirés par les charges positives de la plaque opposée et plus d'électrons atteignent la plaque extérieure de la connexion à la terre.

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Lorsque cette connexion est interrompue, la plaque est chargée négativement et lorsque la tige est séparée, la plaque intérieure est chargée positivement.

Condensateurs ou condensateurs

La bouteille de Leyden a été le premier condensateur connu. Un condensateur se compose de deux plaques métalliques séparées par un isolant et sont bien connues en électricité et en électronique sous forme d'éléments de circuit indispensables.

Le condenseur le plus simple se compose de deux plaques de zone plate POUR séparé une distance d Beaucoup moins que la taille des plaques.

La capacité C Pour stocker la charge dans un condenseur à plaque plate est proportionnel à la zone POUR des plaques et inversement proportionnelles à la séparation d Parmi les assiettes. La constante de proportionnalité est le Allocation électrique ε et résumer dans l'expression suivante:

C = ε⋅a / d

Le condenseur formé par la bouteille de Leyden peut être approché par deux plaques cylindriques concentriques de radios pour interne et radio b Pour la plaque et la hauteur extérieures L. La différence de radios est précisément l'épaisseur du verre d Quelle est la séparation entre les plaques.

La capacité C À partir d'une plaque cylindrique, le condenseur est donné par:

C = ε⋅2πl / ln (b / a)

Comme déduit de cette expression, plus la longueur de la longueur a la capacité a l'appareil.

Capacité de bouteille Leyden

Dans le cas où l'épaisseur ou la séparation d Être bien inférieur à la radio, alors la capacité peut être approximative par l'expression des plaques plates comme suit:

C ≈ ε⋅2πa L / D = ε⋅P L / D

Dans l'expression précédente p C'est le périmètre de la plaque cylindrique et L l'hauteur.

Indépendamment du formulaire, la charge maximale Q qui peut accumuler un condenseur est proportionnel à la tension de charge V, Être la capacité C du condenseur la proportionnalité constante.

Q = C⋅ V

Bouteille de Dendden à la maison

Avec des matériaux faciles à rentrer à la maison et une compétence manuelle, vous pouvez imiter le professeur Musschenbroek et construire une bouteille de Leyden. Pour cela, il est nécessaire:

- 1 bouteille en verre ou en plastique, comme la mayonnaise.

- 1 couvercle isolant en plastique Horadada à travers lequel un fil ou un câble rigide sera passé.

- Bandes rectangulaires de papier d'aluminium de cuisine à couvrir, coller ou adhérer à l'intérieur et à l'extérieur de la bouteille. Il est important que la couverture en aluminium n'atteint pas le bord de la bouteille, elle peut être un peu supérieure à la moitié.

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- Un câble flexible sans isolation qui est épissé à l'intérieur de la tige, de sorte qu'il entre en contact avec la feuille d'aluminium qui couvre l'intérieur de la paroi de la bouteille.

- Sphère métallique (va sur le couvercle pour éviter l'effet des conseils).

- Câble sans isolation qui sera lié à la feuille d'aluminium externe.

- Règle et ciseaux.

- Ruban adhésif.

Remarque: Une autre version qui évite le travail de placer le papier d'aluminium à l'intérieur est de remplir la bouteille ou la bouteille d'une solution d'eau et de sel, qui servira de plaque intérieure.

Procédure

Couvrir la bouteille à l'intérieur et à l'extérieur avec les bandes de papier d'aluminium, si nécessaire, elles sont fixées avec le ruban adhésif, en prenant soin de ne pas dépasser la moitié de la bouteille.

- Percez soigneusement le couvercle pour passer le fil ou le câble en cuivre sans couvercle isolant, pour contacter le papier d'aluminium intérieur avec l'extérieur, où la sphère conductrice doit être placée juste au-dessus du couvercle.

- Plus de câble sans isolation est utilisé pour relier le couvercle extérieur et faire une sorte de poignée. L'ensemble entier doit être similaire à ce qui est montré sur les figures 1 et 4.

Figure 4. Bouteille de leyde. Source: F. Zapata.

Expériences

Une fois que la bouteille de Leyden peut être construite, vous pouvez l'expérimenter:

Expérience 1

Si vous avez un vieux téléviseur ou un moniteur dont l'écran est des rayons de cathode, vous pouvez l'utiliser pour charger la bouteille. Pour ce faire, maintenez la bouteille d'une main sur la plaque extérieure, tout en approchant et joue le câble qui se connecte avec la partie intérieure.

Le câble attaché à l'extérieur doit s'approcher du câble qui vient de la partie interne de la bouteille. Notez qu'une étincelle se produit, démontrant que la bouteille a été chargée électriquement.

Expérience 2

Dans le cas de ne pas avoir d'écran adéquat, vous pouvez charger la bouteille de Leyden en la portant à un chiffon en laine qui n'a pris que le sèche-linge. Une autre option pour la source de chargement consiste à prendre un morceau de tube en plastique (PVC) qui a été auparavant poncé pour éliminer les graisses et le vernis. Frottez le tube avec une serviette en papier jusqu'à ce qu'elle acquière une charge suffisante.

Les références

1. Bouteille de leyde. Récupéré de: est.Wikipédia.org
2. Instruments électriques. Jar de Leyden. Récupéré de: Brittanica.com
3. ENDESA EDUCA. Expérience: Bouteille Leyden. Récupéré de: youtube.com.
4. Jar de Leyden. Récupéré de: dans.Wikipédia.org.
5. La physique du pot de Leyden dans "MacGyver". Récupéré de: câblé.com
6. Tippens, P. Physique: concepts et applications. 516 - 523.