Elektryczność i magnetyzm cz. II

© Copyright by ZamKor
P. Sagnowski i Wspólnicy sp. j.
ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków
tel. +48 12 623 25 00
faks +48 12 623 25 24
e-mail: [email protected]
adres serwisu: www.zamkor.pl
wspólny cel...
Elektryczność i magnetyzm cz. II
Korzystając z doświadczeń Galvaniego, Alessandro Volta w 1800 r. skonstruował pierwsze chemiczne źródło prądu elektrycznego nazwane później stosem Volty (rys. 1). Było ono baterią ogniw
połączonych szeregowo. Ogniwa Volty mogły wytwarzać prąd elektryczny o większym natężeniu
i dłuższym okresie trwania niż otrzymywany w innych ówczesnych urządzeniach (np. butelkach lejdejskich)1.
Nazwiska Luigi Galvaniego oraz Alessandro Volty zostały uwiecznione w przyjętych powszechnie
terminach: ogniwo galwaniczne, galwanometr, wolt (1 V) jako jednostka napięcia oraz woltomierz
– przyrząd do pomiaru tegoż napięcia.
Rys. 1
Alessandro Volta urodził się w 1745 r. w Como (nad pięknym jeziorem o tej samej nazwie).
W wieku 20 lat został nauczycielem fizyki w gimnazjum, a od 1780 r. wykładowcą tego przedmiotu na uniwersytecie w Padwie. Jego osiągnięcia naukowe budziły powszechny podziw.
Wielki uczony francuski D.F.J. Arago (1786–1853) stwierdził, że „stos Volty jest najcudowniejszym urządzeniem, jakie umysł ludzki dotąd wytworzył”. Życie Volty przebiegało pomyślnie,
a los obdarzył go sławą i zaszczytami. Volta zmarł 5 marca 1827 r. w miejscowości, w której
się urodził.
Odkrycie Volty zostało docenione przez ówczesne społeczeństwo. Między innymi docenił je Napoleon Bonaparte. Zaprosił Voltę do Paryża, ustanowił mu stałą pensję, nadał Legię Honorową i tytuł hrabiowski.
Alessandro Volta był miłośnikiem kawy. Pił ją bez śmietanki i cukru. Kiedy go zapytano, dlaczego, odpowiadał: Jeśli w filiżance nie ma śmietanki ani cukru, to znaczy, że jest w niej
więcej kawy.
Źródło prądu elektrycznego, jakim był stos Volty, umożliwiło w XIX w. dokonanie wielu ważnych odkryć. Wymieńmy tylko te najważniejsze. W 1811 r. Humphry Davy – za pomocą baterii składającej się z 2000 ogniw – wytworzył łuk elektryczny, służący najpierw jako źródło światła2, a następnie do spawania i cięcia metali. Stosując
elektrolizę stopionych soli, otrzymał metaliczny sód, potas, magnez, stront, bar oraz gazowy chlor. W 1820 r.
Christian Oersted odkrył, iż prąd elektryczny jest źródłem pola magnetycznego. Gdy o odkryciu Oersteda dowiedział się André Marie Ampère, w ciągu kilku tygodni stworzył teoretyczne podstawy nowej dziedziny fizyki nazwanej potem elektrodynamiką. Praca Ampère’a była tak obszerna, że jej referowanie zajęło Francuskiej Akademii
Nauk aż dziewięć posiedzeń.
A. K. Wróblewski, Historia fizyki, PWN, Warszawa 2006, s. 254, 268–269.
Były to tzw. świece Jabłoczkowa. Oświetlano nimi ulice i place miast, ale wycofano je z użycia, gdyż wytwarzały ultrafiolet wywołujący
zapalenie spojówek. Później używane były jako źródło światła w dużych projektorach kinowych.
1
2
Strona 1
Dokument został pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrzeżone.
Data utworzenia:
2012-01-15
Zam Kor
© Copyright by ZamKor
P. Sagnowski i Wspólnicy sp. j.
ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków
tel. +48 12 623 25 00
faks +48 12 623 25 24
e-mail: [email protected]
adres serwisu: www.zamkor.pl
wspólny cel...
Kiedyś Ampère wstąpił do winiarni na lampkę wina. Zajmując miejsce przy stoliku, usiadł na
czyimś kapeluszu. Na zwróconą mu uwagę odpowiedział: A co, czy pan już wychodzi?
A oto inna anegdotka dotycząca tego uczonego:
Ampère był z wizytą u znajomych. Gdy miał wychodzić, rozpadał się ulewny deszcz. Wówczas
gospodarz zaproponował mu nocleg. Ampère chętnie się zgodził. Gdy po pewnym czasie gospodarz wszedł do pokoju gościnnego, nie zastał w nim Ampère’a. Niedługo potem odezwał się
dzwonek u drzwi wejściowych. Gospodarz otworzył i zobaczył zmokniętego Ampère’a.
– Gdzie pan był?! – zapytał zdziwiony.
– W domu, po piżamę – odpowiedział Ampère.
Dzięki ogniwom Volty Georg Ohm w 1825 r. sformułował prawo przepływu prądu elektrycznego, zwane dziś
jego imieniem. Nieco później Gustaw Kirchhoff uzupełnił je prawami dotyczącymi obwodów, składających się
z oporów połączonych szeregowo i równolegle. Wkrótce po tym Dominique Arago i Joseph Gay-Lussac, nawijając
uzwojenie na żelaznym rdzeniu, skonstruowali pierwsze elektromagnesy. Umożliwiło to budowę wielu urządzeń,
między innymi silników elektrycznych i prądnic. Te ostatnie skonstruowano dzięki odkryciu w 1831 r. przez Michaela Faraday’a zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Dwa lata później Heinrich Lenz podał regułę określającą kierunek prądu indukcyjnego, zwaną popularnie regułą przekory.
Michael Faraday to jeden z najwybitniejszych uczonych XIX w. Był samoukiem
i świetnym eksperymentatorem, a jego opisy dokonanych odkryć były precyzyjne i zrozumiałe nawet dla przeciętnego czytelnika. Jego niewielka książeczka
pt. „Dzieje świecy” jest do dziś chętnie czytana i może być wzorem dla twórców literatury popularnonaukowej. Faraday posługiwał się wprawdzie jedynie
elementarnym rachunkiem matematycznym, ale nie przeszkodziło mu to dokonać znaczących odkryć. Oprócz zjawiska indukcji elektromagnetycznej odkrył zjawisko samoindukcji, zbudował pierwszy silnik prądu stałego, a także
sformułował prawa elektromagnetyzmu. Wprowadził do nauki pojęcie linii pola
elektrycznego, twierdząc równocześnie, że ładunki elektryczne oddziałują wzajemnie dzięki temu polu.
Michael
Faraday
Elektromagnesy umożliwiły powstanie telegrafu (1837 r.). Ostatecznie zwyciężył system opracowany przez
Samuela Morse’a, który opierał się na zaproponowanym przez niego alfabecie składającym się z samych kresek
i kropek, przy czym kropce odpowiadał krótki, a kresce – odpowiednio dłuższy impuls elektryczny. W 1877 r.
Graham Bell buduje pierwszy telefon i otrzymuje na niego patent.
Strona 2
Dokument został pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrzeżone.
Data utworzenia:
2012-01-15
Zam Kor
© Copyright by ZamKor
P. Sagnowski i Wspólnicy sp. j.
ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków
tel. +48 12 623 25 00
faks +48 12 623 25 24
e-mail: [email protected]
adres serwisu: www.zamkor.pl
wspólny cel...
Pewnego razu, w towarzystwie bogatych ludzi Bell demonstrował działanie telegrafu przewodowego, który przez Atlantyk łączył Europę z Ameryką. W czasie pokazu jedna z arystokratek
zapytała: Panie Bell, ja to wszystko rozumiem, ale niech mi pan wyjaśni, w jaki sposób telegram wysłany w Paryżu po odebraniu w Bostonie jest suchy?
Odkrycie faktu, iż zmieniające się pole elektryczne wywołuje powstanie pola magnetycznego, a zmiana pola
magnetycznego jest przyczyną powstania pola elektrycznego, zaowocowało odkryciem przez Heinricha Hertza
fal elektromagnetycznych (1888 r.). Fakt ten (wraz ze zbudowaniem lampy elektronowej i diody prostującej3)
zapoczątkował powstanie i gwałtowny rozwój radiofonii, radionawigacji, telefonii i telewizji.
Wróćmy jeszcze na moment do odkrycia Volty. Dziś już nie stosuje się jego ogniw. Najczęściej używanym
ogniwem jest ogniwo Leclanchégo (rys. 2), w których elektrodą ujemną jest kubek cynkowy, dodatnią – pręcik
węglowy, a elektrolitem – roztwór chlorku amonu.
Rys. 2
Rys. 3
Rys. 4
W powszechnym użyciu są też różnego typu ogniwa odtwarzalne, czyli akumulatory (rys. 3). Pojawiły się również ogniwa paliwowe oraz fotoelektryczne. Natomiast coraz częściej do napędu generatorów prądu zmiennego
(prądnic), zamiast turbin parowych i wodnych, używa się turbin wiatrowych (rys. 4), dzięki czemu nie niszczy się
środowiska naturalnego. Wydajne akumulatory oraz emitujące do atmosfery jedynie parę wodną ogniwa paliwowe pozwolą na budowę cichych i ekologicznych samochodów elektrycznych.
Na koniec ciekawostka biologiczna.
W ciepłych wodach Amazonii żyje węgorz elektryczny (rys. 5), który jest wyposażony w biegnące wzdłuż ciała
narządy elektryczne wytwarzające napięcie od 300 do 500 V i używane do porażania zdobyczy.
Rys. 5
3
Prostujące działanie złącza metal–kryształ siarczku cynku lub ołowiu (galena) odkrył w 1874 r. Ferdynand Braun.
Strona 3
Dokument został pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrzeżone.
Data utworzenia:
2012-01-15
Zam Kor
© Copyright by ZamKor
P. Sagnowski i Wspólnicy sp. j.
ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków
tel. +48 12 623 25 00
faks +48 12 623 25 24
e-mail: [email protected]
adres serwisu: www.zamkor.pl
wspólny cel...
Dla zainteresowanych
1. Zbuduj samodzielnie najprostsze ogniwo. Zamiast monet srebrnych i cynkowych, które zastosował w swoim
doświadczeniu A. Volta, możesz użyć dwóch dowolnych, ale różnych metali, np. mosiężnych i aluminiowych
monet lub nawet zwykłych żyletek. Zamiast wody morskiej użyj kawałków jabłka lub cytryny, a jako wskaźnika wytworzonej różnicy potencjałów – miliwoltomierza lub diody luminescencyjnej. Aby wywołać jej świecenie, trzeba prawdopodobnie połączyć szeregowo co najmniej dwa takie ogniwa.
2. Ile silników elektrycznych znajduje się w twoim domu? Najpierw oszacuj na oko ich liczbę, a następnie
sprawdź, ile jest ich w rzeczywistości. Prawdopodobnie jest ich więcej!
3. Rozwój nauk o elektryczności zaowocował wieloma zmianami w naszym życiu. Wymień znajdujące się
w twoim domu urządzenia, które korzystają z energii elektrycznej dostarczanej zarówno z sieci prądu elektrycznego, jak i z innych jej źródeł, np. ogniw, akumulatorów itp. Jeśli masz taką możliwość, zapytaj starszą
osobę z rodziny, które z tych urządzeń znajdowały się w jej domu, gdy była w twoim wieku.
Strona 4
Dokument został pobrany z serwisu ZamKor.
Wszelkie prawa zastrzeżone.
Data utworzenia:
2012-01-15
Zam Kor