LEYDEN BOTE: MGA BAHAGI, OPERASYON, MGA EKSPERIMENTO - PISIKAL - 2025

Ang bote ng Leyden ay isang manipis na bote ng baso o garapon, na naglalaman ng isang mahigpit na karapat-dapat na metal foil sa loob at isa pang masikip na angkop na film na metal sa labas.

Ito ang unang aparato ng koryente sa kasaysayan na nagsilbi upang mag-imbak ng mga singil ng koryente sa pamamagitan lamang ng pagpindot nito, alinman sa pamalo o sa labas ng sheet, na may isang bar na sinisingil ng alitan (triboelectric effect) o sa pamamagitan ng electrostatic induction. Maaari ring magamit ang isang mapagkukunan ng boltahe tulad ng isang cell o baterya.

Larawan 1. Nagpapakita ang figure ng isang karaniwang bote ng Leyden. Ang panloob na sheet ay isa sa mga plate ng capacitor at ang panlabas na sheet ay ang iba pang plate. Pinagmulan: Wikimedia Commons. Sangay

Kasaysayan

Ang pag-imbento ng bote ng Leyden ay na-kredito kay Pieter van Musschenbroek, Propesor ng Physics sa Unibersidad ng Leyden noong 1745. Malaya at nang sabay-sabay, ang taga-imbensyang Aleman na si Ewald Georg von Kleist ay nagawa ring mag-imbak ng static na koryente na may katulad na mga bote, inaasahan ang Dutch.

Si Musschenbroek ay may tulong ng isang abogado na nagngangalang Cunaeus, na inanyayahan niya sa kanyang laboratoryo sa Leyden. Ang malungkot na karakter na ito ang una na napansin na ang singil na naipon sa pamamagitan ng paghawak ng banga sa kanyang kamay habang ang bar o karayom ​​ay sisingilin sa electrostatic machine.

Matapos ikinagulat ni Propesor Musschenbroek ang lahat sa kanyang pag-imbento, ang susunod na pagpapabuti sa bote ng Leyden, dahil ang aparato ay sa wakas ay bininyagan, ay ginawa noong 1747 salamat kay John Bevis, isang manggagamot, mananaliksik, at huling ngunit hindi bababa sa astronomo na natuklasan ang Crab Nebula.

Napansin ni Bevis na kung tinakpan mo ang labas ng bote na may manipis na sheet, hindi na kailangang hawakan ito gamit ang iyong kamay.

Napagtanto din niya na ang pagpuno nito ng tubig o alkohol ay hindi kinakailangan (ang orihinal na bote ng Musschenbroek ay napuno ng likido) at kinakailangan lamang na takpan ang loob ng dingding ng bote na may metal foil na nakikipag-ugnay sa baras na dumadaan sa tapunan.

Nang maglaon, ang mga eksperimento ay nagsiwalat na maraming singil na naipon habang ang baso ay naging mas payat at ang katabing ibabaw ng metal na mas malawak.

Mga Bahagi

Ang mga bahagi ng isang bote ng Leyden ay ipinapakita sa figure 1. Ang salamin ay kumikilos bilang isang insulator o dielectric sa pagitan ng mga plato, bilang karagdagan sa paghahatid upang mabigyan sila ng kinakailangang suporta. Ang mga plato ay karaniwang manipis na mga sheet ng lata, aluminyo o tanso.

Ginagamit din ang isang insulator upang gawin ang takip ng garapon, halimbawa dry kahoy, plastik o baso. Ang takip ay tinusok ng isang metal na baras kung saan nakasabit ang isang chain na nagsisilbi upang makipag-ugnay sa koryente sa panloob na plato.

Ang mga materyales na kinakailangan upang gawin ang Leyden Bottle

- Bote ng salamin, pagiging payat hangga't maaari

- Metal foil (aluminyo, lata, tanso, tingga, pilak, ginto) upang takip nang hiwalay, ang panloob at panlabas na bahagi ng bote.

- Ang drilled inselling material na takip.

- Ang baras ng metal na dumaan sa butas ng butas ng takip at na sa panloob na dulo ay may isang kadena o cable na gumagawa ng metallic contact sa panloob na sheet ng bote. Ang ibang dulo ng baras sa pangkalahatan ay nagtatapos sa isang globo, upang maiwasan ang mga arko ng kuryente dahil sa naipon na mga singil sa mga dulo.

Larawan 2. Mga bahagi ng isang bote ng Leyden. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Paggana

Upang ipaliwanag ang akumulasyon ng elektrikal na singil kinakailangan upang magsimula sa pamamagitan ng pagtaguyod ng pagkakaiba sa pagitan ng mga insulator at conductor.

Ang mga metal ay kondaktibo dahil ang mga elektron (mga carrier ng elemental na singil na negatibo) ay maaaring malayang gumalaw sa loob nito. Aling hindi nangangahulugang ang metal ay palaging sisingilin, sa katunayan ito ay nananatiling neutral kapag ang bilang ng mga electron ay katumbas ng bilang ng mga proton.

Sa kaibahan, ang mga electron sa loob ng mga insulator ay kulang sa karaniwang paggalaw ng mga metal. Gayunpaman, sa pamamagitan ng pag-rub sa pagitan ng iba't ibang mga materyales sa insulating maaari itong mangyari na ang mga electron mula sa ibabaw ng isa sa mga ito ay pumasa sa ibabaw ng iba pa.

Pagbabalik sa bote ng Leyden, sa pinasimple na porma ito ay isang metal na foil na pinaghiwalay ng isang insulator mula sa isa pang conductive foil. Ang Figure 3 ay nagpapakita ng isang eskematiko.

Larawan 3: Pinasimple na diagram ng bote ng Leyden at kung paano nito nakukuha ang singil. Pinagmulan: Fanny Zapata.

Ipagpalagay na ang panlabas na plate ay grounded, alinman sa pamamagitan ng paghawak ng kamay o ng isang wire. Kapag nilapitan ng isang baras na positibong sisingilin sa pamamagitan ng pag-rub, ang baras na kumokonekta sa panloob na plato ay nagiging polarado. Ito ay humantong sa isang paghihiwalay ng mga singil sa pagpupulong ng rod-inner plate.

Ang mga electron sa panlabas na plato ay naaakit sa positibong singil sa kabaligtaran na plato at higit pang mga elektron na umaabot sa panlabas na plato mula sa lupa.

Kapag nasira ang koneksyon na ito, ang plato ay nagiging negatibong sisingilin at kapag ang baras ay nakahiwalay, ang panloob na plato ay magiging positibong sisingilin.

Mga capacitor o capacitor

Ang bote ng Leyden ang unang kilalang capacitor. Ang isang kapasitor ay binubuo ng dalawang metal plate na pinaghiwalay ng isang insulator at kilalang-kilala sila sa elektrisidad at elektronika bilang mga kailangang elemento ng circuit.

Ang pinakasimpleng kapasitor ay binubuo ng dalawang flat plate ng lugar A na pinaghiwalay ng isang distansya d mas maliit kaysa sa laki ng mga plato.

Ang kapasidad C na mag-imbak ng singil sa isang flat plate capacitor ay proporsyonal sa lugar A ng mga plato, at hindi sukat na proporsyonal sa pagitan ng mga plato. Ang pare-pareho ng proporsyonalidad ay ang de-koryenteng permittivity ε at ang mga ito ay buod sa sumusunod na expression:

Ang kapasitor na nabuo ng bote ng Leyden ay maaaring ma-approximate ng dalawang concentric cylindrical plate na may radii isang panloob at radius b para sa panlabas na plate at taas L. Ang pagkakaiba sa radii ay tiyak ang kapal ng baso d na kung saan ay ang paghihiwalay sa pagitan ng mga plato.

Ang kapasidad C ng isang cylindrical plate capacitor ay ibinibigay ng:

Tulad ng maaaring maibawas mula sa expression na ito, mas mahaba ang haba ng L, mas maraming kapasidad ng aparato.

Kapasidad ng bote ng Leyden

Sa kaso na ang kapal o paghihiwalay d ay mas mababa sa radius, kung gayon ang kapasidad ay maaaring tinatayang sa pamamagitan ng pagpapahayag ng mga flat plate tulad ng sumusunod:

Sa nakaraang expression p ay ang perimeter ng cylindrical plate at L ang taas.

Anuman ang hugis, ang maximum na singil ng Q na maaaring maipon ng isang capacitor ay proporsyonal sa singil ng boltahe V, ang kapasidad ng kapasitor C na pagiging pare-pareho ng proporsyonalidad.

Q = C ⋅ V

Botelya ng lutong bahay na Leyden

Sa madaling magagamit na mga materyales sa bahay at ilang manu-manong kasanayan, maaari mong tularan si Propesor Musschenbroek at bumuo ng isang bote ng Leyden. Para sa kailangan mo:

- 1 baso o plastik na garapon, tulad ng mayonesa.

- 1 butas-butas na plastic insulating na takip kung saan ang isang matibay na wire o cable ay ipapasa.

- Rectangular strips ng kusina aluminyo foil upang takpan, dumikit o sumunod sa loob at labas ng garapon. Mahalaga na ang coating ng aluminyo ay hindi maabot ang gilid ng garapon, maaari itong medyo mas mataas kaysa sa kalahati.

- Ang isang nababaluktot na cable na walang pagkakabukod na pinagsama sa loob ng baras, upang makagawa ito ng pakikipag-ugnay sa aluminyo na foil na sumasaklaw sa loob ng dingding ng bote.

- Metallic sphere (napupunta sa tuktok ng takip upang maiwasan ang epekto ng mga spike)

- Ang cable na walang pagkakabukod na idikit sa panlabas na sheet na aluminyo.

- Tagapamahala at gunting.

- tape tape.

Tandaan: Ang isa pang bersyon na iniiwasan ang gawain ng paglalagay ng aluminyo foil sa loob ay punan ang bote o garapon na may solusyon ng tubig at asin, na kung saan ay kikilos bilang panloob na plato.

Proseso

Takpan ang bote sa loob at labas ng mga aluminyo na foil strips, kung kinakailangan ay naayos na ito gamit ang malagkit na tape, pag-aalaga na huwag lumampas sa gitna ng bote.

- Maingat na itusok ang takip upang maipasa ang tanso wire o cable na walang panakip na takip, upang ilagay ang panloob na aluminyo foil ng bote na makipag-ugnay sa labas, kung saan ang conductive sphere ay dapat ilagay sa itaas ng takip.

- Ang mas maraming kawad na walang pagkakabukod ay ginagamit upang itali ang panlabas na dyaket at gumawa ng isang uri ng hawakan. Ang buong pagpupulong ay dapat magmukhang kung ano ang ipinapakita sa mga numero 1 at 4.

Larawan 4. Bote ng Leyden. Pinagmulan: F. Zapata.

Mga Eksperimento

Kapag naitayo ang bote ng Leyden, maaari kang mag-eksperimento sa:

Eksperimento 1

Kung mayroon kang isang lumang TV o monitor sa isang cathode ray screen, maaari mo itong gamitin upang singilin ang bote. Upang gawin ito, hawakan ang bote ng isang kamay sa pamamagitan ng panlabas na plato, habang dinadala ang cable na kumokonekta sa panloob na bahagi malapit at hawakan ang screen.

Ang cable na nakatali sa labas ay dapat na malapit sa cable na nagmumula sa loob ng bote. Tandaan na ang isang spark ay nangyayari, na nagpapakita na ang bote ay naging electrically singil.

Eksperimento 2

Kung wala kang angkop na screen, maaari mong mai-load ang bote ng Leyden sa pamamagitan ng paghawak nito malapit sa isang tela ng lana na iyong kinuha sa labas ng mga damit ng pang-ilis. Ang isa pang pagpipilian para sa pinagmulan ng pagsingil ay ang pagkuha ng isang piraso ng plastic (PVC) tube na dati nang na-sanded upang alisin ang grasa at barnisan. Kuskusin ang tubo gamit ang isang tuwalya ng papel hanggang sa ito ay sapat na sisingilin.

Mga Sanggunian

1. Bote ng Leyden. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org
2. Mga instrumento sa elektrikal. Leyden Jar. Nabawi mula sa: Brittanica.com
3. Nagturo si Endesa. Eksperimento: Bote ng Leyden. Nabawi mula sa: youtube.com.
4. Leyden Jar. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org.
5. Ang Physics ng Leyden jar sa "MacGyver". Nabawi mula sa: wired.com
6. Mga Tippens, P. Physics: Mga Konsepto at Aplikasyon. 516-523.