LEYDEN FLASKE: DELER, DRIFT, EKSPERIMENTER - FYSISK - 2026

Den Leyden flasken er et tynt glass flaske eller krukke, som inneholder en tettsittende metallfolie på innsiden, og en annen tettsittende metallfilm på utsiden.

Det er den første elektriske enheten i historien som tjente til å lagre elektriske ladninger bare ved å berøre den, enten ved stangen eller på det ytre arket, med en stang som tidligere er ladet av friksjon (triboelektrisk effekt) eller ved elektrostatisk induksjon. En spenningskilde som en celle eller et batteri kan også brukes.

Figur 1. Figuren viser en typisk Leyden-flaske. Det indre arket er en av kondensatorplatene og det ytre arket er den andre platen. Kilde: Wikimedia Commons. Branch

Historie

Oppfinnelsen av Leyden-flasken blir kreditert Pieter van Musschenbroek, professor i fysikk ved universitetet i Leyden i 1745. Uavhengig og samtidig klarte den tyske oppfinneren Ewald Georg von Kleist også å lagre statisk elektrisitet med lignende flasker, i påvente av Nederlandsk.

Musschenbroek fikk hjelp av en advokat ved navn Cunaeus, som han hadde invitert til sitt laboratorium i Leyden. Denne sagakious karakteren var den første som la merke til at ladningen samlet seg ved å holde hetteglasset med hånden mens stangen eller nålen ble ladet med den elektrostatiske maskinen.

Etter at professor Musschenbroek overrasket alle med oppfinnelsen sin, ble den neste forbedringen på Leyden-flasken, da enheten endelig ble døpt, gjort i 1747 takket være John Bevis, en lege, forsker og sist men ikke minst astronomen som oppdaget Krabbe-tåken.

Bevis observerte at hvis du dekket utsiden av flasken med et tynt ark, var det ikke nødvendig å holde den med hånden.

Han innså også at det ikke var nødvendig å fylle den med vann eller alkohol (den originale Musschenbroek-flasken var fylt med væske), og at det bare var nødvendig å dekke flaskeveggen med metallfolie i kontakt med stangen som passerer gjennom korken.

Senere eksperimenter avslørte at mer ladning samlet seg etter hvert som glasset ble tynnere og den tilstøtende metalloverflaten mer omfattende.

Deler

Delene av en Leyden-flaske er vist i figur 1. Glasset fungerer som en isolator eller dielektrikum mellom platene, i tillegg til å tjene for å gi dem den nødvendige støtte. Platene er vanligvis tynne ark tinn, aluminium eller kobber.

En isolator brukes også til å lage lokket på krukken, for eksempel tørt tre, plast eller glass. Dekselet er gjennomboret av en metallstang som en kjede henger fra som tjener til å skape elektrisk kontakt med den indre platen.

Materiale som trengs for å lage Leyden-flasken

- Glassflaske, å være så tynn som mulig

- Metallfolie (aluminium, tinn, kobber, bly, sølv, gull) for å dekke hver for seg, den indre og eksterne delen av flasken.

- Boret isolasjonsmaterielltrekk.

- Metallstang for å gå gjennom det perforerte lokket, og som i den indre enden har en kjede eller kabel som skaper metallisk kontakt med flaskens indre ark. Den andre enden av stangen ender vanligvis i en kule for å unngå elektriske buer på grunn av akkumulerte ladninger på endene.

Figur 2. Deler av en Leyden-flaske. Kilde: Wikimedia Commons.

fungerende

For å forklare akkumulering av elektrisk ladning er det nødvendig å starte med å etablere forskjellen mellom isolatorer og ledere.

Metaller er ledende fordi elektroner (bærere av elementær negativ ladning) kan bevege seg fritt i dem. Dette betyr ikke at metallet alltid er ladet, faktisk forblir det nøytralt når antall elektroner tilsvarer antall protoner.

I kontrast mangler elektronene i isolatorene den typiske mobiliteten til metaller. Ved å gni mellom forskjellige isolasjonsmaterialer kan det imidlertid skje at elektroner fra overflaten til den ene av dem passerer til overflaten til den andre.

Når vi vender tilbake til Leyden-flasken, i forenklet form, er det en metallfolie separert av en isolator fra en annen ledende folie. Figur 3 viser skjematisk.

Figur 3: Forenklet diagram over Leyden-flasken og hvordan den anskaffer ladningen. Kilde: Fanny Zapata.

Anta at den ytre platen er jordet, enten ved å holde hånden eller med en ledning. Når du blir kontaktet av en stang som var positivt ladet ved å gni, blir stangen som kobles til innerplaten polarisert. Dette fører til en adskillelse av ladninger i stang-innerplatenheten.

Elektronene på den ytre platen tiltrekkes av de positive ladningene på motsatt plate, og flere elektroner når den ytre platen fra bakken.

Når denne forbindelsen brytes, blir platen negativt ladet, og når stangen skilles, blir den indre platen positivt ladet.

Kondensatorer eller kondensatorer

Leyden-flasken var den første kjente kondensatoren. En kondensator består av to metallplater atskilt av en isolator, og de er velkjente innen elektrisitet og elektronikk som uunnværlige kretselementer.

Den enkleste kondensatoren består av to flate plater med areal A atskilt med en avstand d som er mye mindre enn størrelsen på platene.

Kapasiteten C til å lagre ladning i en flatplatekondensator er proporsjonal med arealet A av platene, og omvendt proporsjonal med avstanden d mellom platene. Proportionalitetskonstanten er den elektriske permittiviteten ε og de er oppsummert i følgende uttrykk:

Kondensatoren dannet av Leyden-flasken kan tilnærmes med to konsentriske sylindriske plater med radier en innvendig og radius b for den ytre platen og høyden L. Forskjellen i radiene er nettopp tykkelsen på glasset d som er separasjonen mellom platene.

Kapasiteten C til en sylindrisk platekondensator er gitt av:

Som det kan trekkes ut av dette uttrykket, jo lenger lengde L, jo mer kapasitet har enheten.

Leyden flaskeevne

I tilfelle at tykkelsen eller separasjonen d er mye mindre enn radiusen, kan kapasiteten tilnærmes ved uttrykk av flatplatene som følger:

I det forrige uttrykket er p omkretsen av den sylindriske platen og L er høyden.

Uansett form er den maksimale ladning Q som en kondensator kan akkumulere proporsjonal med ladespenningen V, hvor kondensatorens kapasitet C er proporsjonalitetskonstanten.

Q = C ⋅ V

Flaske hjemmelaget Leyden

Med lett tilgjengelig materiale hjemme og litt manuell ferdighet, kan du etterligne professor Musschenbroek og bygge en Leyden-flaske. For dette trenger du:

- 1 glass- eller plastkrukke, for eksempel majones.

- 1 perforert isolasjonsdeksel av plast som en stiv ledning eller kabel føres gjennom.

- Rektangulære strimler av aluminiumsfolie på kjøkkenet for å dekke, feste eller feste på innsiden og utsiden av glasset. Det er viktig at aluminiumsbelegget ikke når kanten av krukken, det kan være litt høyere enn halvparten.

- En fleksibel kabel uten isolering som skjøtes på innsiden av stangen, slik at den får kontakt med aluminiumsfolien som dekker innsiden av veggen på flasken.

- Metallisk kule (går på toppen av lokket for å unngå effekten av pigger).

- Kabel uten isolasjon som skal festes til det ytre aluminiumsarket.

- Linjal og saks.

- Teip.

Merk: En annen versjon som unngår arbeidet med å plassere aluminiumsfolien på innsiden, er å fylle flasken eller glasset med en løsning av vann og salt, som vil fungere som innerplaten.

Prosess

Dekk flasken innvendig og utvendig med aluminiumsfolie-strips, eventuelt festes de med limbåndet, og pass på at du ikke overskrider midten av flasken.

- Gjennomtreng forsiktig hetten for å passere kobbertråden eller kabelen uten å isolere dekselet, for å sette den indre aluminiumsfolien på flasken i kontakt med utsiden, der den ledende kulen skal plasseres rett over hetten.

- Mer ledning uten isolasjon brukes til å binde ytterkappen og lage et slags håndtak. Hele monteringen skal se ut som vist i figur 1 og 4.

Figur 4. Leyden flaske. Kilde: F. Zapata.

eksperimenter

Når Leyden-flasken er bygget, kan du eksperimentere med den:

Eksperiment 1

Hvis du har en gammel TV eller skjerm med en katodestråleskjerm, kan du bruke den til å lade flasken. For å gjøre dette, hold flasken med den ene hånden ved den ytre platen, mens du fører kabelen som kobles til den indre delen, og berører skjermen.

Kabelen som er bundet til utsiden, skal være i nærheten av kabelen som kommer fra innsiden av flasken. Merk at det oppstår en gnist som viser at flasken har blitt elektrisk ladet.

Eksperiment 2

Hvis du ikke har en passende skjerm, kan du legge Leyden-flasken ved å holde den nær en ullduk som du nettopp har tatt ut av tørketrommelen. Et annet alternativ for ladekilden er å ta et stykke (PVC) rør av plast som tidligere er slipt for å fjerne fett og lakk. Gni røret med et papirhåndkle til det er tilstrekkelig ladet.

referanser

1. Leyden flaske. Gjenopprettet fra: es.wikipedia.org
2. Elektriske instrumenter. Leyden Jar. Gjenopprettet fra: Brittanica.com
3. Endesa utdanner. Eksperiment: Leyden flaske. Gjenopprettet fra: youtube.com.
4. Leyden Jar. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org.
5. Leydenkrukenes fysikk i "MacGyver". Gjenopprettet fra: wired.com
6. Tippens, P. Physics: Concepts and Applications. 516-523.