En cas de charge, on peut Sparks!
Depuis cette expérience traite de l'électricité, il est préférable d'avoir un adulte superviser. Une légère à modérée choc électrique est possible si les soins ne sont pas prises. Suivez toutes les directions comme indiqué.
Avez-vous déjà eu un choc touchant une poignée de porte après avoir marché sur un tapis? La charge statique est responsable de ce choc. Ne serait-il pas cool d'enregistrer et de stocker toute cette charge dans un pot maison? Il serait presque comme la foudre le stockage. Ce projet scientifique va vous montrer comment faire.
En savoir plus sur l'un des blocs de construction pour tous les types de circuits du condensateur. Dans ce projet scientifique vous allez construire un condensateur de Leyden jar de matériaux ménagers courants et déterminer la quantité de charge est stockée pendant que vous testez différents cycles de charge.
introduction
Leyden viennent dans des pots de toutes formes et tailles, mais ils ont tous la même conception. Le pot, qui sert de l'isolant, sépare une couche conductrice interne (ou électrode) et une couche conductrice extérieure (également une électrode). Des exemples d'une couche conductrice sont une feuille d'aluminium et feuille d'or. Il y a habituellement une tige métallique avec une boule sur le dessus placé dans la bouche du pot. La tige, ou une chaîne reliée à la tige, touche le conducteur intérieur et est conduit à une charge électrique dans le pot.
Benjamin Franklin était un expérimentateur d'électricité tôt. Il a construit et expérimenté avec le pot de Leyden. L'une des expériences favorites de Franklin était le « choc du cercle. » Dans le choc de cercle, un groupe de personnes se tiennent la main et une personne à la fin de la chaîne humaine tient l'extérieur du pot Leyden, alors que la personne à l'autre bout de la chaîne humaine touche le conducteur intérieur. S'il y a une charge suffisante dans le pot, chaque personne dans le cercle se sentira un choc. Ne pas essayer cette expérience, parce que vous pouvez obtenir une mauvaise surprise!
Le pot de Leyden d'origine a tenu l'eau comme conducteur intérieur. Les premiers expérimentateurs électriques pensaient que la charge a eu lieu dans l'eau. Cependant, Benjamin Franklin a été le premier à comprendre que la charge dans la bouteille de Leyde est situé là où l'isolant rencontre l'électrode (dans ce cas, l'eau). Ainsi, l'eau ne soit pas nécessaire et peut être remplacée par la fixation d'une électrode, telle qu'une feuille d'aluminium, à l'intérieur du bocal. Franklin relié également plusieurs pots Leyden ensemble et a créé ce qu'il a appelé une batterie. Ce n'est pas une batterie comme nous le savons aujourd'hui, mais il était un moyen de stocker beaucoup de frais pour des expériences électriques de Franklin.
Le pot Leyden est un appareil intéressant, car il est le précurseur du condensateur moderne. Un condensateur est un composant électrique qui est utilisé pour stocker une charge, et avec la résistance et les piles (ou alimentation en tension), constitue la base de tous les circuits. Les deux condensateurs et des batteries sont similaires en ce qu'elles sont des composants qui stockent la charge. La principale différence entre une batterie et un condensateur est qu'une batterie produit frais par le biais d'une réaction chimique. Un condensateur est beaucoup plus simple car il ne peut pas produire la charge, il ne peut frais de magasin. Les condensateurs sont utilisés dans les circuits de minuterie et des circuits logiques et une variété d'applications. Par exemple, l'écran sur l'iPhone Apple® TM est un écran tactile capacitif.
Dans ce projet de foire scientifique, devenue Ben Franklin et construire votre propre pot Leyden. Vous pourrez également construire un electrophorus. Un électrophore est un outil qui est utilisé pour transférer une charge à la bouteille de Leyde. Essayez d'utiliser des petits pots que vous pouvez trouver autour de la maison. Expérience avec le niveau de charge de votre pot Leyden peut contenir. Rappelez-vous que même un petit pot peut stocker beaucoup de frais, alors soyez très prudent ou vous pouvez obtenir un choc douloureux.
Figure 2. Batterie de Leyden jar. (Bakken Library and Museum, n.d.)
Termes et concepts
- charge statique
- Leyden jar
- Benjamin Franklin
- Batterie
- Condensateur
- electrophorus
- Sol
- générateur d'électricité statique
- dissipation de charge
- Quels types de matériaux peuvent vous utiliser pour créer une charge statique?
- Quels types de pots pouvez-vous utiliser pour stocker une charge?
- Est-ce que changer la taille des électrodes affecter la quantité de charge stockée?
- Y at-il une limite à la quantité de charge le pot Leyden peut contenir?
- Combien de temps le pot de Leyden tenir la charge? Une heure? Un jour? Ceci est appelé la charge de dissipation et cela est un facteur clé que les concepteurs de circuits évaluer.
Bibliographie
Matériel et équipement
- Montage du Gymnote
- moule à tarte en aluminium à usage unique
- Styrofoam cup TM
- Ruban adhésif, Scotch® (1 rouleau); ne pas utiliser un autre type de bande.
- Montage du pot Leyden
- Petit pot en plastique avec couvercle; une cartouche de film, qui est généralement réalisée avec du HDPE (polyéthylène haute densité) en matière plastique, fonctionne très bien
- Marteau
- Nail (un clou métallique simple qui est légèrement plus long que le pot que vous utilisez)
- Petit morceau de feuille d'aluminium
- Ruban adhésif, Scotch® (1 rouleau); ne pas utiliser un autre type de bande.
- Cuillère
- L'eau du robinet
- Essuie-tout
- Chargement de la Gymnote
- Feuille acrylique; disponible dans les quincailleries ou sur Amazon.com. La feuille doit être plus grand que le moule à tarte. Plaques acryliques sont de temps en temps avec un morceau d'adhésif de matière plastique collé à elle. Ceci est de protéger la surface de l'acrylique. Avant de commencer ce projet de foire scientifique, assurez-vous de décoller et enlever tous les revêtements adhésifs de la feuille acrylique.
- tissu de laine (pull, chaussettes, ou feutre de laine)
- electrophorous assemblé
- Une table de bois stable ou une table stable avec un plateau en bois. Assurez-vous que la table est complètement effacé au large. En outre, avant de commencer, assurez-vous que la table est complètement lavé et séché au large.
- Mesure de la charge
- Petit morceau d'une feuille d'aluminium (un couvercle en aluminium pour un boîtier électrique fonctionne bien, comme représenté sur la figure 6); disponible dans les quincailleries ou sur Amazon.com
- Grand, plat morceau de mousse de polystyrène
- Porte-savon Voyage plastique (variété à clapet); le porte-savon doit être rectangulaire
- Les ciseaux
- Un morceau de fil isolé, 6" de long
- Pinces à dénuder
- Ruban adhésif, Scotch® (1 rouleau); ne pas utiliser un autre type de bande.
- règle métrique
- Général
- stylo à pointe fine
- pinces isolées
- bloc-notes de laboratoire
- graphique papier
Procédure expérimentale
Note de sécurité: surveillance d'un adulte est recommandée pour ce projet. Bien que la quantité de courant qui peut découler de ce dispositif est faible, la quantité de charge a eu lieu dans l'appareil peut provoquer un léger choc modéré. Pour décharger la bouteille de Leyde en toute sécurité, de prendre des pinces isolées et toucher l'électrode en feuille à l'extérieur de l'ongle, tout en maintenant sur les poignées isolées. Soyez toujours prudent lorsque traitant de l'électricité et des pièces électriques.
La première étape de cette expérience est de faire le pot de Leyden et la electrophorus qui est utilisé pour charger le pot de Leyden.
Montage du Gymnote
- Prenez la tasse de styromousse et placez l'extrémité large de la coupe au milieu de l'intérieur du moule à tarte en aluminium. Tape la coupe du moule à tarte. Il suffit de la bande du bord de la coupelle. Vous n'avez pas besoin trop de bureaucratie. Voir Figure 3. Mettez de côté les electrophorus.
Figure 3. Simple electrophorus.
Montage du pot Leyden
- marteler doucement le clou par le haut et milieu du couvercle du pot en plastique. Assurez-vous que le clou frappe presque le fond du pot lorsque le couvercle est en marche et qu'il est droit et non incliné dans une direction ou une autre. Demandez à un adulte de l'aide. Ensuite, enlevez le couvercle et le mettre de côté.
- Prenez le morceau de feuille d'aluminium et l'enrouler fermement autour de l'extérieur du pot. Tape le bord de la feuille dans le pot. Frottez la feuille d'aluminium avec le dos d'une cuillère pour vous assurer qu'il n'y a pas d'espace entre la feuille et le pot. Assurez-vous que le bord de la feuille est pas trop près du haut de la bouteille de Leyde. Si elle est trop proche, il pourrait y avoir une étincelle sur et sans frais aurait lieu dans le pot de Leyden.
- Remplissez le pot avec de l'eau du robinet, à environ 80%. Plus tard dans ce projet de foire scientifique, vous devrez mettre le pot Leyden sur le côté. Il doit y avoir suffisamment d'eau dans le pot que le clou est toujours immergé dans l'eau, même quand il est couché sur le côté. Assurez-vous que l'extérieur reste sec. Sécher l'humidité avec une serviette en papier.
- Enclenchez le couvercle sur le pot. Essuyez tout excès d'humidité de l'extérieur du pot. Assurez-vous que l'extrémité pointue de l'ongle est immergé dans l'eau. Voir la figure 4 pour un pot de Leyden terminé. Notez que l'ongle est isolé de la feuille qui est enroulée autour de l'extérieur du pot.
Figure 4. Leyden jar fait à partir d'une cartouche de film.
Chargement de la Gymnote
- Plaques acryliques sont de temps en temps avec un morceau d'adhésif de matière plastique qui la recouvre. Ceci est de protéger la surface de l'acrylique. Avant de commencer ce projet de foire scientifique, assurez-vous de décoller et enlever tous les revêtements adhésifs de la feuille acrylique. Placez la feuille acrylique sur le dessus de la table. Si la pièce d'acrylique est nouveau, frotter avec la laine pendant environ 1 minute jusqu'à ce que vous créez une charge statique. Choisir la feuille acrylique pour le décharger. Maintenant, vous êtes prêt à commencer l'expérience. Pour l'expérience, placez la feuille acrylique sur la table et frotter l'acrylique pendant 15-30 secondes pour créer une charge statique. Vous pourriez même entendre la charge statique popping et craquements pendant que vous frottent, signalant qu'il est prêt à l'emploi. En frottant l'acrylique avec la laine que vous créez un excès d'électrons sur l'acrylique.
Remarque: Soyez cohérent en frottant la feuille acrylique. Assurez-vous de frotter pour la même quantité de temps pour chaque essai. Par exemple, si vous frotter la feuille acrylique pendant 30 secondes, puis transférer la charge, vous devez garder frotter la feuille acrylique pendant 30 secondes sur chaque cycle de charge successifs. Les cycles de charge sont expliqués ci-dessous.
Figure 5. Frotter la feuille acrylique avec un morceau de laine.
Chargement de la Leyden Jar
Point de contrôle: Après avoir effectué votre premier cycle de charge, vérifiez que vous avez correctement chargé le pot Leyden. Pour ce faire, vous devrez remplir le pot de Leyden. Bande un peu de l'isolant les deux extrémités du fil isolé, en utilisant une pince à dénuder. ruban adhésif doucement une extrémité du fil à l'extérieur de la bouteille de Leyde, sur la feuille. En tenant la partie isolée du fil, déplacer avec précaution l'extrémité dénudée vers l'ongle. Si le pot Leyden est chargé, vous entendrez et / ou voir une étincelle. Si vous ne le faites pas, alors continuer à essayer de charger et décharger le pot de Leyden jusqu'à ce que vous faites avec succès ainsi. Une fois que vous êtes sûr que vous pouvez charger le pot de Leyden, retirez délicatement le fil. Ne pas déchirer la feuille d'aluminium. Gardez le fil pour la section suivante.
- Une fois que vous avez commencé l'expérience et vous poursuivez vos essais, assurez-vous de noter dans votre cahier de laboratoire combien de fois vous payer le pot Leyden et la durée du temps que vous avez frotté la feuille acrylique.
- Si vous avez suivi au-dessus du point de contrôle, votre pot Leyden doit maintenant être déchargé (il n'y a pas de frais dans le pot de Leyden). Suivez les étapes de la charge de la section Gymnote et les étapes 1-3 de la charge de la section pour charger Leyden Jar le pot Leyden avec un cycle de charge.
Mesure de la charge
L'étape suivante consiste à déterminer la quantité de charge est stockée dans le pot de Leyden. Assemblez votre configuration de mesure.
Figure 6. Ensemble d'essai.
La détermination de tension
30.000 V / cm pour faire une étincelle 1 cm. Combien de volts est une étincelle de 1 mm?
(30 000 V / cm) x (0,1 cm) = 3000 V
variations
- Essayez d'utiliser des pots de différents matériaux. Par exemple, essayez d'utiliser un petit récipient en plastique alimentaire ou un petit pot en verre à large ouverture. Capacitance dépend du matériau que le pot est fait et la taille des électrodes, essayez afin de trouver des pots de volume similaire. Suivre la conception représentée sur la figure 1 et faire en sorte que l'électrode interne est isolée de l'électrode extérieure.
- Essayer d'omettre l'eau comme l'électrode interne et essayer d'utiliser la feuille comme l'électrode interne. Y at-il une différence de stockage de charge?
- Combien de temps le pot de Leyden tenir la charge? Une heure? Un jour? Ceci est appelé la charge de dissipation et cela est un facteur clé que les concepteurs de circuits évaluer. dissipation de charge se produit lorsque la charge fuite du pot Leyden dans l'air. Chargez le pot de Leyden puis laissez reposer pendant 1 heure. Test de la tension dans l'étincelle en utilisant l'ensemble de test ci-dessus. Essayez de charger le pot Leyden avec le même nombre de cycles de charge, puis laisser reposer pendant 5 heures. Testez la tension dans l'étincelle utilisant l'ensemble de test. Y at-il une différence? Combien de temps le pot de Leyden tenir la charge?
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