If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

Elektrosztatikus távíró (esettanulmány)

Az internet megjelenésénél már jóval korábban gondoltak arra az emberek, hogy statikus elektromosság és kábelek segítségével továbbítsanak információt. Készítette: Brit Cruise.

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Még nincs hozzászólás.
Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.

Videóátirat

I. e. 600 körül élt a milétoszi Thalész, akit sokan az első görög filozófusnak tartanak, mert ő volt az első, aki a megfigyelt jelenségekre a természetben kereste a magyarázatot. Az egyik legfontosabb megfigyelése az volt, hogy egyes kövek, például a borostyán különösen viselkednek, ha szőrmével dörzsölik. A borostyán vélhetően valamilyen láthatatlan erőt fejt ki, ami vonzza az apró szálakat. Feltételezte, hogy ekkor a borostyán mágnesessé válik – ez egy másik erő, amit a mágnesvasércnél tapasztalt, ami egy természetben előforduló mágnes. Utána többen is megfigyelték, hogy a szőrmével való érintkezés vagy dörzsölés megbontja az egyensúlyt. Valami eltűnt a szőrméből, és hozzáadódott más tárgyakhoz. Nemcsak egy kis vonzó vagy taszító erő jön létre, hanem szikrakisülés is előfordulhat. A kisülés után az erő eltűnik. A kisüléssel a feltöltöttség megszűnik, visszafordítva a dörzsölés keltette egyensúlyhiányt. A történelem során az embert mindig foglalkoztatta a villám jelensége, a természet hatalmának és agressziójának legszenvedélyesebb megnyilvánulása. A legtöbb kultúrkörben isteni erőnek tartották, ami az emberi hatáskörön kívül esik, ezért az isteneknek van fenntartva. A 17. századig a leírásokban láthatatlan, megfoghatatlan vagy felfoghatatlan dolognak tartották, de volt olyan is, aki megnyúló és összehúzódó szirupszálként írta le. 1752-ben Benjamin Franklin be akarta bizonyítani, hogy összefüggés van a villám és az apró szikrakisülések között. A fiával kettesben végrehajtott híresen veszélyes kísérletében viharban feleresztett egy papírsárkányt, és a végéhez, ahol a zsinór nedves volt, hozzákötött egy vaskulcsot. Kis idő elteltével a kezét a kulcshoz közelítette, és egy sor apró kisülést érzékelt, hasonlót ahhoz, amit a szőrme tud okozni. Ez megmutatta, hogy a villám alapvetően megegyezik a mindennapos apró kisüléssel, csak a nagyságrendje más. Ebből kiindulva az anyagokat két kategóriába kezdték sorolni. Egyikbe azok az anyagok tartoznak, amik lehetővé teszik a kisülést, ilyen például a réz és az arany, amiket elektromos vezetőknek hívunk. Külön érdekesség, hogy ezek az anyagok általában jól vezetik a hőt is. A másik csoportba tartozó anyagok megakadályozzák a kisülést, például a gumi, ezek az elektromos szigetelőanyagok. Ezek az anyagok hőszigetelők is. Megpróbálták megmérni ezt a már Thalész által is megfigyelt erőt. Ennek egy módszere, hogy egy szivacsos növényből készült, úgynevezett bodzabél golyót egy szálon felfüggesztünk, egy szigetelőanyagot megdörzsölünk szőrmével, majd közelítjük a golyóhoz, azt vonzani fogja, ezért a golyó elmozdul. Ha több tárgyat használunk, megfigyelhetjük, hogy a kitérés megnő, mert a vonzóerő növekszik. Azt is megfigyelték, hogy a szigetelőanyag formája változtat a kimenetelen. Nagy, vékony szigetelőanyagok nagyobb erőt fejtenek ki. (halk csengő) Meglepő megfigyelés volt, hogy a vezetőanyagok, pl. a rézkábelek ezt a vonzóerőt továbbítani tudták. Ezt úgy igazolták, hogy egy hosszú drótot vezettek a golyó és a feltöltött bodzabél golyó között. Amikor a szigetelőanyagot közelítik a dróthoz, az a dróton keresztül vonzza a golyót, ami rögtön elmozdul. Ha utána ujjal hozzáértek a dróthoz, ez a töltést elvezeti, a vonzóerő megszűnik, és a golyó elenged. Elkezdtek azon gondolkodni, hogy ez lehet a jövő optikai távírója. 1774-ben George Louis Le Sage francia feltaláló volt az első, aki megvalósította ezt az ötletet. Üzeneteket küldött 26 vezetéken, minden vezeték az ábécé egy betűjéhez tartozott. Ha az egyik végén a vezeték kisült, a másik végén a golyó elmozdult. Ezzel a távíróval az volt a baj, hogy csak a háza két szobája között működött. A vonzóerő kicsi volt és nehezen kezelhető. De ebben az időben már kerestek olyan módszereket, amivel nagyobb töltéskülönbséget lehet létrehozni, hogy megnöveljék az energiát. Az egyik ilyen volt, amit egy évvel később Alessandro Volta népszerűsített, egy egyszerű, igény szerinti kisülést generáló eszköz. Azt az ötletet vette alapul, hogy egy feltöltött szigetelőanyag továbbíthatja vagy átadhatja a töltést egy közelben levő vezető lapra. Annyit kell csak tenni, hogy a fémlapot közelítjük a szigetelőanyaghoz, ami a fémlap töltéseit magához vonzza, a töltések eloszlását megváltoztatja, ennek hatására a fémlapon egyensúlyhiány, elektromos feszültség keletkezik. Ha a fémlapot az ujjunkkal megérintjük, kisülés történik. Ezután a fémlapot elhúzzuk egy szigetelt fogantyúval, így a fémlapban megmarad a többlettöltés. Ezt a többlettöltést úgy vezetjük el, hogy egy vezetőhöz vagy az ujjunkhoz érintjük, és meglepő módon ez a folyamat sokszor megismételhető anélkül, hogy a szigetelőlapot újra töltenénk. Ha akarjuk, ezt a folyamatot többször is végigjátszhatjuk. Ekkor már Benjamin Franklin azon dolgozott, hogyan lehetne ezeket a kis elvezetett töltéseket összegyűjteni és tárolni. Ekkor még azt feltételezte, hogy az elektromosság egy láthatatlan folyadék. Mivel tudta, hogy a vízen át tud haladni, ezért feltételezte, hogy egy szigetelőben lévő víz képes az elektromosság tárolására. Amit ma leideni palacknak hívunk, az egy vízzel töltött üvegpalack, amiből a tetején egy fém drót lóg ki. Franklin az üveg külsejét fémes vezetővel borította. Amikor egy feltöltött vezetőt a fém dróthoz közelítette, a töltést a drót elvezette, és csapdába ejtette a palackban. Ami még fontosabb, a palackot ismételten tölteni lehetett. Minden feltöltés megnövelte az elektromos töltést és az elektromos feszültséget a palackban. Ennek jó analógiája, ha a palackot lufinak veszem, és minden feltöltést kis adag víznek. Több száz ismétlés után a feszültség hatalmasra nő. A feszültség elvezetésére egyszerűen összeérintette a külső vezetőréteget és a drótot. Ekkor egy nagy kisülés történt. Franklin idővel javított a konstrukción, mert rájött, hogy a töltést nem a víz tárolja, hanem (az üvegben lévő) fém. A víz csak vezető közeg. Belülre is fémréteget tett az üvegedénybe, amihez a drót elvezette a töltéseket. Ma a leideni palackot kondenzátornak, azaz töltést tároló eszköznek hívnánk. Amikor több palackot összekapcsolt, észrevette, hogy a kapacitás megnőtt, akár halálos áramütésre is képes lett. Az évek során hatékonyabb módszereket találtak, ahol dörzselektromos gépekkel töltést hoztak létre, amit azután kondenzátorokban tároltak, és látványosan bemutatták az ember alkotta villámokat. Az ezt követő 50 év során olyan rendszereket alkottak, melyekkel egyre nagyobb távolságra tudtak szikrákat küldeni, egyre hosszabb vezetékeket és egyre nagyobb kisüléseket használtak. De az elektrosztatikus kisülések továbbítása kommunikációs célból ügyetlennek és régimódinak tűnt, és nem javított a létező optikai távíróhoz képest. A kormány és az ipar tudomást se vett róla. Azonban eljött az idő... az elektromos forradalom már nem sokat váratott magára.