تاريخ المكثف الجزء الأول: الاكتشافات الأولى

يبدأ تاريخ المكثفات بالمحاولات الأولى لدراسة الكهرباء. لقد شبهتهم بالخطوات الأولى للطيران ، عندما صنع الناس طائرات من الخشب والنسيج وحاولوا القفز في الهواء ، دون فهم الديناميكا الهوائية بما يكفي لفهم كيفية البقاء في الطابق العلوي. كانت هناك فترة مماثلة في دراسة الكهرباء. في الوقت الذي تم فيه اكتشاف المكثف ، كان فهمنا بدائيًا جدًا بحيث كان يعتقد أن الكهرباء سائل موجود في شكلين - زجاجي وراتنجي. وكما سترى لاحقًا ، تغير كل شيء في السنوات الأولى من تطوير المكثفات.

ينشأ التاريخ عام 1745. في ذلك الوقت ، كان يمكن توليد الكهرباء فقط بواسطة مولد كهرباء. تدور الكرة الزجاجية بسرعة عدة مئات من الثورات في الدقيقة ، ولمسها المجرب بيديه. يمكن تفريغ الكهرباء المتراكمة عليها. نطلق اليوم على هذا التأثير تأثير كهرباء الاحتكاك - هنا يمكنك أن ترى كيف يمكن استخدامه لتشغيل شاشة LCD.



في عام 1745 ، حاول Ewald Jürgen von Kleist من بوميرانيا (ألمانيا) تخزين الكهرباء في الكحول ، وقرر أنه يمكنه نقل الكهرباء من خلال موصل من المولد إلى وعاء طبي زجاجي. نظرًا لاعتبار الكهرباء سائلة ، بدا هذا النهج معقولًا. كان يعتقد أن الزجاج سيمنع السوائل الكهربائية من الهروب من الكحول. لقد فعل ذلك بنفس الطريقة تقريبًا كما هو موضح في الصورة ، مررًا مسمارًا من خلال الفلين وخفضه إلى كحول ، ممسكًا بزجاجة زجاجية بيد واحدة. في تلك اللحظة ، لم يكن لديه أي فكرة عن دور اليد المهم. اكتشف فون كليست أنه يمكن أن يحصل على شرارة إذا لامس السلك ، أقوى مما لو استخدم مولدًا واحدًا فقط.

أعلن عن اكتشافه لمجموعة من العلماء الألمان في نهاية عام 1745 ، ووصلت الأخبار إلى جامعة ليدن في هولندا ، ولكن تم تشويهها على طول الطريق. في عام 1746 ، قام بيتر فان موشنبروك مع تلميذه أندرياس كونيوس بتكرار التجربة بنجاح ، فقط بالماء. أبلغ موشنبروك المجتمع العلمي الفرنسي بنتائج التجربة. يعتقد أن Muschenbruck قام بهذا الاكتشاف بشكل مستقل. لكن تلك كانت البداية فقط.

قام جان أنطوان نولاي (المعروف أيضًا باسم Abbot Noulay) ، المجرب الفرنسي ، بتعميد السفينة Leiden وبيعها كنوع خاص من الزجاجة إلى الأغنياء المهتمين بالعلوم.

لقد وجدوا في جامعة ليدن أن التجربة لا تعمل إلا إذا حملت الحاوية بيدك ولم تدعمها بمواد عازلة.

اليوم نفهم أن السائل الملامس للزجاج يعمل مثل لوحة مكثف ، واليد مثل الأخرى ، كان الزجاج عازلًا. كان المولد مصدرًا للجهد العالي ، وقدم الذراع والجسم التأريض.

كان دانيال جرالات ، الفيزيائي وعمدة غدانسك (بولندا) أول من جمع عدة سفن بالتوازي ، وبالتالي زيادة كمية الشحنة المخزنة. في 1740s و 1750s ، جرب بنيامين فرانكلين أيضًا بنوك Leyden في منطقة سرعان ما تحولت إلى الولايات المتحدة الأمريكية ودعا إلى جمع عدة علب بطارية ، بسبب تشابهها مع بطارية بندقية.


بطارية ليدن علب


تفكيك العلبة يمكن


تفكيكها

جرب فرانكلين المياه المعبأة والرقائق التي تبطن الزجاجات ، وقررت أن الشحنة مخزنة في الزجاج ، وليس في الماء. كان يعمل مع علب ليدن القابلة للطي ، حيث تمت إزالة الرقاقة الخارجية والداخلية من الزجاج. ثبت فيما بعد أنه كان على خطأ. عمل فرانكلين مع زجاج استرطابي ، وعندما أزال الرقاقة ، انتقلت الشحنة من خلال إفراغ الاكليل إلى رطوبة الزجاج. إذا كنت تستخدم حاوية من البارافين الصلب أو الزجاج المقسى ، فستظل الشحنة على الألواح المعدنية. هناك تأثير آخر ، امتصاص عازل ، بسبب ثنائيات القطب في العازل ، ونتيجة لذلك يحتفظ المكثف بالشحنة حتى بعد تقصير الألواح.

عمل فرانكلين بألواح زجاجية مسطحة ، مع رقائق على كلا الجانبين ، يصف تصميم العديد من هذه المكثفات في أحد الحروف.

في نفس الوقت تقريبًا ، أظهرت تجارب فرانكلين الأخرى أن مادة واحدة فقط هي المسؤولة عن نقل الشحنة ، على الرغم من أنها لا تزال تعتبر سائلة - كان اكتشاف الإلكترون مقدرًا أن يحدث فقط حوالي 1800. وجد أنه في الجسم المشحون يوجد إما فائض من هذا "السائل" أو نقص. دحض هذا فرضية نوعين من الكهرباء.

في عام 1776 ، اكتشف اليساندرو فولتا ، الذي عمل بطرق مختلفة لقياس الجهد الكهربائي ، أو الجهد (V) والشحنة (Q) ، أنه بالنسبة لجسم معين ، يكون V و Q متناسبين ، واصفا إياه بـ "قانون السعة". بفضل هذه الدراسة ، تم تسمية وحدة الضغط بعده.

لم يستخدم مصطلح "مكثف" حتى 1920s. لقد تم تسميتها بمكثفات لفترة طويلة ، ولا تزال تسمى هكذا في بعض البلدان ولأغراض معينة [على سبيل المثال ، هنا في بلدنا يطلق عليها باللغة الإنجليزية "مكثف" من كلمة "السعة" - "السعة" / تقريبًا. ترجم.]. تم اقتراح مصطلح المكثف من قبل Volta في عام 1782 ، ويأتي من المكثف الإيطالي. يشير الاسم إلى قدرة الجهاز على تخزين كثافة شحن أعلى من الموصل المعزول.


جهاز فاراداي

في ثلاثينيات القرن التاسع عشر ، أجرى مايكل فاراداي تجارب حددت أن المادة الموجودة بين لوحات المكثف تؤثر على كمية الشحنة المخزنة على الألواح. جرب المكثفات الكروية - اثنان من الكريات المعدنية متحدة المركز التي يمكن أن يكون هناك هواء أو زجاج أو شمع أو شيلاك (راتينج) أو مواد أخرى. باستخدام ميزان التواء كولوم ، قام بقياس شحنة المكثف عندما كان هناك هواء في الفجوة بين المجالات. بعد ذلك ، مع الحفاظ على الجهد دون تغيير ، قام بقياس الشحنة ، وملء الفجوة بمواد أخرى. وجد أن الشحنة أكبر إذا تم استخدام مواد أخرى بدلاً من الهواء. أطلق عليها السعة الاستقرائية الخاصة ، وبسبب عمله ، تسمى وحدات السعة الفاراد.

تم استخدام مصطلح "عازل" لأول مرة في رسالة من ويليام ويفيل إلى فاراداي ، حيث وصف كيف صاغ فاراداي مصطلح "مغناطيس" بالقياس مع "عازل" ، وأنه ربما يجب استخدام مصطلح "مغناطيس" ، ولكن بعد ذلك سيكون غير مريح استخدم مصطلح "عازل" لثلاثة حروف متحركة متتالية.


مولد ويمشورست

تم استخدام علب Leyden والمكثفات المصنوعة من الزجاج المسطح والرقائق لمرسلات الشرر والعلاج الكهربائي الطبي حتى نهاية القرن الثامن عشر. مع اختراع الراديو ، بدأت المكثفات تأخذ نظرة حديثة تدريجيًا ، ويرجع ذلك أساسًا إلى الحاجة إلى تقليل الحث ، للعمل بترددات عالية. تم تصنيع المكثفات الصغيرة من صفائح عازلة مرنة ، مثل الورق الزيتي ، غالبًا ما يتم تجعيده ، مع إحباط على كلا الجانبين. يتم وصف تاريخ المكثفات الحديثة في منشور منفصل.

من المثير للاهتمام أن المكثفات المبكرة تشبه إلى حد كبير المنتجات محلية الصنع ، وبعضها تم صنعه بالفعل من قبل المتحمسين. لا يزال محبو الجهد العالي يستخدمون علب ليدن ، كما هو الحال في مولد Wimshurst المطبوع على طابعة ثلاثية الأبعاد ، وكما هو الحال في هذا الترفيه باستخدام "يمكن للموت ".

Source: https://habr.com/ru/post/ar396509/