레이덴 병의 내부 및 외부에 서로 꽉 끼는 금속 막에 밀착 금속박을 포함하는 얇은 유리 병 또는 용기이다.
이것은 이전에 마찰 (마찰 전기 효과) 또는 정전기 유도에 의해 충전 된 막대를 사용하여 막대 또는 외부 시트로 간단히 전하를 저장하는 역할을 한 역사상 최초의 전기 장치입니다. 셀 또는 배터리와 같은 전압 소스도 사용할 수 있습니다.
그림 1. 그림은 전형적인 Leyden 병을 보여줍니다. 내부 시트는 축전기 플레이트 중 하나이고 외부 시트는 다른 플레이트입니다. 출처 : Wikimedia Commons. 분기
역사
Leyden 병의 발명은 1745 년 Leyden 대학의 물리학 교수 인 Pieter van Musschenbroek에게 귀속되었습니다. 독일의 발명가 Ewald Georg von Kleist는 또한 유사한 병으로 정전기를 저장할 수있었습니다. 네덜란드 사람.
Musschenbroek은 Cunaeus라는 변호사의 도움을 받아 레이덴에있는 그의 실험실에 초대했습니다. 이 현명한 캐릭터는 막대 또는 바늘이 정전기 기계로 충전되는 동안 바이알을 손으로 잡고 전하가 축적 된 것을 처음으로 알아 차 렸습니다.
Musschenbroek 교수가 그의 발명품으로 모든 사람을 놀라게 한 후, 장치가 마침내 세례를 받음에 따라 Leyden 병의 다음 개선은 의사이자 연구원이자 마지막으로 발견 한 천문학자인 John Bevis 덕분에 1747 년에 이루어졌습니다. 게 성운.
Bevis는 병의 외부를 얇은 시트로 덮으면 손으로 잡을 필요가 없다는 것을 관찰했습니다.
그는 또한 그것을 물이나 알코올로 채울 필요가 없다는 것을 깨달았습니다 (원래 Musschenbroek 병은 액체로 채워져 있음), 병의 내부 벽을 코르크를 통과하는 막대와 접촉하는 금속 호일로 덮기 만하면된다는 것을 깨달았습니다.
이후 실험에서 유리가 얇아지고 인접한 금속 표면이 더 넓어짐에 따라 더 많은 전하가 축적되는 것으로 나타났습니다.
부속
Leyden 병의 부품은 그림 1에 나와 있습니다. 유리는 플레이트 사이에 절연체 또는 유전체 역할을하며 필요한지지를 제공하는 역할도합니다. 판은 일반적으로 얇은 주석, 알루미늄 또는 구리 시트입니다.
절연체는 또한 마른 나무, 플라스틱 또는 유리와 같이 항아리의 뚜껑을 만드는 데 사용됩니다. 덮개는 내부 플레이트와 전기적으로 접촉하는 역할을하는 체인이 매달려있는 금속 막대로 뚫려 있습니다.
지맥 병을 만드는 데 필요한 재료
-가능한 한 얇은 유리 병
-병의 내부 및 외부 부분을 별도로 덮는 금속 호일 (알루미늄, 주석, 구리, 납,은, 금).
-천공 된 단열재 커버.
-구멍이 뚫린 뚜껑을 통과하는 금속 막대와 내부 끝에 병의 내부 시트와 금속 접촉을하는 체인 또는 케이블이 있습니다. 막대의 다른 끝은 일반적으로 끝 부분에 축적 된 전하로 인한 전기 아크를 피하기 위해 구형으로 끝납니다.
그림 2. Leyden 병의 부품. 출처 : Wikimedia Commons.
작동
전하 축적을 설명하려면 먼저 절연체와 도체의 차이를 확인해야합니다.
금속은 전자 (음전하 원소의 운반체)가 금속 내에서 자유롭게 이동할 수 있기 때문에 전도성이 있습니다. 그렇다고 금속이 항상 전하를 띠는 것은 아닙니다. 사실 전자의 수가 양성자의 수와 같을 때 금속은 중성 상태로 유지됩니다.
반대로 절연체 내부의 전자는 금속의 전형적인 이동성이 부족합니다. 그러나 서로 다른 절연 재료 사이를 문지르면 하나의 표면에서 전자가 다른 재료의 표면으로 전달 될 수 있습니다.
Leyden 병으로 돌아 가면 단순화 된 형태로 다른 전도성 포일에서 절연체로 분리 된 금속 포일입니다. 그림 3은 회로도를 보여줍니다.
그림 3 : Leyden 병의 단순화 된 다이어그램과 전하를 획득하는 방법. 출처 : Fanny Zapata.
외부 플레이트가 손으로 잡거나 와이어로 접지되었다고 가정합니다. 문지르면서 양전하를 띤 막대가 접근하면 내부 플레이트에 연결된 막대가 분극화됩니다. 이로 인해로드 내부 플레이트 어셈블리에서 전하가 분리됩니다.
외부 판의 전자는 반대쪽 판의 양전하에 끌려 더 많은 전자가 지상에서 외부 판에 도달합니다.
이 연결이 끊어지면 플레이트는 음전하를 띠고로드가 분리되면 내부 플레이트는 양전하가됩니다.
커패시터 또는 커패시터
Leyden 병은 최초의 알려진 커패시터였습니다. 커패시터는 절연체로 분리 된 두 개의 금속판으로 구성되어 있으며 전기 및 전자 분야에서 필수 회로 요소로 잘 알려져 있습니다.
가장 간단한 커패시터는 플레이트 크기보다 훨씬 작은 거리 d만큼 떨어진 영역 A의 두 개의 평판으로 구성됩니다.
평판 커패시터에 전하를 저장하는 용량 C는 플레이트의 면적 A에 비례하고 플레이트 사이의 간격 d에 반비례합니다. 비례 상수는 전기 유전율 ε이며 다음 식으로 요약됩니다.
Leyden 병에 의해 형성된 커패시터는 내부 반경 a와 외부 플레이트의 반경 b 및 높이 L을 가진 두 개의 동심원 원통형 플레이트로 근사 할 수 있습니다. 반경의 차이는 판 사이의 간격 인 유리의 두께 d입니다.
원통형 플레이트 커패시터의 용량 C는 다음과 같이 지정됩니다.
이 식에서 추론 할 수 있듯이 길이 L이 길수록 장치의 용량이 커집니다.
Leyden 병 용량
두께 또는 간격 d가 반경보다 훨씬 작은 경우 다음과 같이 평판의 표현으로 용량을 근사 할 수 있습니다.
이전 식에서 p는 원통형 플레이트의 둘레이고 L은 높이입니다.
모양에 관계없이 커패시터가 축적 할 수있는 최대 전하 Q는 충전 전압 V에 비례하며, 커패시터의 용량 C는 비례 상수입니다.
Q = C ⋅ V
수제 Leyden 병
집에서 쉽게 구할 수있는 재료와 약간의 수동 기술을 사용하면 Musschenbroek 교수를 모방하고 Leyden 병을 만들 수 있습니다. 이를 위해서는 다음이 필요합니다.
-마요네즈와 같은 유리 또는 플라스틱 병 1 개
-단단한 와이어 또는 케이블이 통과되는 천공 플라스틱 절연 커버 1 개.
-용기의 내부와 외부를 덮거나 붙이거나 접착하기위한 직사각형의 주방 알루미늄 호일 스트립. 알루미늄 코팅이 항아리의 가장자리에 닿지 않는 것이 중요하며 절반보다 약간 높을 수 있습니다.
-봉 안쪽에 접합되어 병 벽 안쪽을 덮는 알루미늄 호일과 접촉하는 절연없는 유연한 케이블.
-금속 구 (스파이크 효과를 피하기 위해 뚜껑 위로 이동).
-외부 알루미늄 시트에 부착 될 절연없는 케이블.
-통치자와 가위.
- 스카치 테이프.
참고 : 내부에 알루미늄 호일을 놓는 작업을 피하는 또 다른 버전은 병이나 병에 물과 소금 용액을 채우는 것입니다.이 용액은 내부 플레이트 역할을합니다.
방법
알루미늄 호일 스트립으로 병 안팎을 덮고, 필요한 경우 병의 중앙을 너무 넘지 않도록주의하면서 접착 테이프로 고정합니다.
-절연 커버없이 구리선이나 케이블을 통과시키기 위해 캡을 조심스럽게 뚫고, 병의 내부 알루미늄 호일을 외부와 접촉시키고, 전도성 구체가 캡 바로 위에 놓아야합니다.
-절연이없는 와이어를 사용하여 외피를 묶고 일종의 손잡이를 만듭니다. 전체 어셈블리는 그림 1과 4에 표시된 것과 같아야합니다.
그림 4. Leyden 병. 출처 : F. Zapata.
실험
Leyden 병이 만들어지면 실험 할 수 있습니다.
실험 1
음극선 화면이있는 오래된 TV 나 모니터를 사용하는 경우이를 사용하여 병을 충전 할 수 있습니다. 이렇게하려면 한 손으로 외부 플레이트를 잡고 병을 잡고 내부 부분에 연결된 케이블을 닫고 화면을 터치합니다.
외부에 연결된 케이블은 병 내부에서 나오는 케이블과 가까워 야합니다. 스파크가 발생하여 병이 전기적으로 충전되었음을 나타냅니다.
실험 2
적절한 스크린이없는 경우, 의류 건조기에서 방금 꺼낸 모직 천 가까이에 Leyden 병을 넣을 수 있습니다. 충전 소스의 또 다른 옵션은 그리스와 니스를 제거하기 위해 이전에 샌딩 처리 한 플라스틱 (PVC) 튜브를 가져 오는 것입니다. 충분히 충전 될 때까지 종이 타월로 튜브를 문지릅니다.
참고 문헌
- Leyden 병. 출처 : es.wikipedia.org
- 전기 기기. Leyden Jar. 출처 : Brittanica.com
- Endesa가 교육합니다. 실험 : 레이든 병. 출처 : youtube.com.
- Leyden Jar. 출처 : en.wikipedia.org.
- "MacGyver"의 Leyden 항아리의 물리학. 출처 : wired.com
- Tippens, P. 물리학 : 개념 및 응용. 516-523.