ELEC-A4920 (3 op) Sähkötekniikan historia ja innovaatiot. 2. luento: Lasi- ja lakkasähkö

Transkriptio

1 ELEC-A4920 (3 op) Sähkötekniikan historia ja innovaatiot 2. luento: Lasi- ja lakkasähkö

2 luento päivämäärä aihe Johdanto. Sähkön ja magnetismin varhaishistoria Lasi- ja lakkasähkö Staattisen sähkön aikakausi Sähkökemian synty, sähköparisto Sähkön magneettivaikutus Sähköinen virtapiiri Magneetin sähkövaikutus Sähkömagneettiset kentät ja aallot Sovelluksia: tietoliikenne Sovelluksia: sähkövalo Sovelluksia: sähkövoima Sovelluksia: langaton tiedonsiirto

3 Historiatrivia 1: tulokset Osanottajia 55 henkilöä. Keskiarvo 2,9 pistettä. Kysymys Oikeita vastauksia 1. 9,1 % 2. 20,0 % 3. 23,6 % 4. 50,9 % 5. 36,4 % 6. 25,5 % 7. 12,7 % 8. 5,5 % 9. 36,4 % ,0 % LUKUMÄÄRÄ Pistejakauma PISTEMÄÄRÄ

4 Tärkeimmät innovaatiot Kuinka monta eri mainintaa löytyi Tiedonsiirto, Radio, puhelin, tietoliikenne, lennätin: 32 Sähkövalo/Hehkulamppu: 27 Transistori, puolijohteet, mikropiirit: 21 Sähkögeneraattori: 19 Sähkömoottori: 13 Sähkö, tasavirta, vaihtovirta: 11 Sähkömagnetismi, induktio, Maxwellin yhtälöt: 9 Tietokone: 8 Sähköverkko (Tuotanto, varastointi ja siirto): 7 Paristo: 6 Muita: Sähköautot, kompassi, LED, elektrolyysi ja jääkaappi.

5 Tärkeimmät innovaatiot Kuinka moni piti tärkeimpänä innovaationa Tiedonsiirto, Radio, puhelin, etoliikenne, lennä n: 32 4 Sähkövalo/Hehkulamppu: 27 7 Transistori, puolijohteet, mikropiirit: Sähkögeneraa ori: Sähkömoo ori: 13 3 Sähkö, tasavirta, vaihtovirta: 11 3 Sähkömagnetismi, induktio, Maxwellin yhtälöt: 9 3 Tietokone: 8 3 Sähköverkko (Tuotanto, varastoin ja siirto): 7 2 Paristo: 6 2

6 osallistujaa 100,0 90,0 Kysymyskohtainen menestys (prosentteja oikeita vastauksia) 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,

7 puhua poika aivot varjo katsoa

8 Euroopan historian periodisointi antiikki keskiaika uusi aika Thales Aristoteles Lucretius Plinius vanhempi Petrus Peregrinus Gilbert

9 Ajanlaskusta Gregoriaaninen kalenteri ( ) ekr., jkr. / eaa., jaa. engl.: CE, BCE (Common/Current Era) AD (Anno Domini) Islamilainen kalenteri ( ) AH (Anno Hegirae) Hidžri, Hijri ( jaa) Juutalainen kalenteri ( ) AM (Anno Mundi) 7:ssä vuodessa 19:n jaksossa on 13 kk (3.,6.,8.,11.,14.,19.) Persialainen kalenteri ( ) SH solar hijri

10

11 Athanasius Kircher ( ) saksalainen jesuiittaoppinut (orientalisti, egyptologi, geologiaa, lääketiedettä, Master of a hundred arts, viimeisin renessanssimies ) MAGNETISMISTA: magnetismi maassa ja taivaankappaleissa vuorovedet eläinten ja kasvien veto- ja poistovoima musiikin, rakkauden magneettinen voima magnetismin sovellukset lääketieteessä, hydrauliikassa,... magneettinen kello Jumala universumin keskusmagneettina suuri vaikutus: Guericke, Leibniz,...

12 Magneettiset materiaalit para/dia/ferro... -magneettisuus voimakkaat magneettikivet arvokkaita magneetin voiman parantaminen (Gowin Knight, 1750-luku, 28-kertainen nostokyky!) 1900-luku: alnico, Sm+Co, NdFeB,...

13 magnesium, mangaani? Magnesium (Mg) järjestysluku 12 Manganese (Mn) järjestysluku 25

14 Magnesia Magnesium MgO = magnesia

15 mangaani, manganese Pyrolusiitti (MnO 2 ) epämagneettinen magnes

16

17 Asimov, s. 228

18

19 Deklinaatio (eranto)

20 Maan magnetismin tutkimus Edmund Halley: deklinaatiokartta 1700 Karl Friedrich Gauss, Alexander von Humboldt Magneettiset observatoriot 1820-luvulla Johan Jacob Nervander ( ) Kaisaniemeen observatorio 1838 Nurmijärvi, Sodankylä

21 Deklinaatio ollut länteen. Tätänykyä itään!

22 53000 nt

23

24 Deklinaatio (epookki 2005:0)

25

26 (2015)

27 (2015)

28 Nyt sähköasiaan luento: Lasi- ja lakkasähkö

29 William Gilbert ( )

30

31 Tractatus sive Physiologia Nova de Magnete, magneticisque Corporibus, et de magno Magnete Tellure; sex libris comprehensus; plurimis & argumentis & experimentis demonstrata Book I: Ancient and modern writings on the Loadstone Book II: On Magnetick Motions Book III: On Direction (kääntyminen Maan napoja kohti) Book IIII: On Variation (deklinaatio) Book V: On Declination (inklinaatio) Book VI: On the Globe of the earth, the great magnet (maan pyörimisliike johtuu magneettivoimasta) Sähkövoimasta vain yksi luku osassa II

32 The Project Gutenberg EBook of On the magnet, magnetick bodies also, and on the great magnet the earth, by William Gilbert of Colchester This ebook is for the use of anyone anywhere at no cost and with almost no restrictions whatsoever. You may copy it, give it away or re-use it under the terms of the Project Gutenberg License included with this ebook or online at

33

34

35 De Magnete 1. kirja: 17 lukua 2. kirja: 39 lukua 3. kirja: 17 lukua 4. kirja: 21 lukua 5. kirja: 12 lukua 6. kirja: 9 lukua sähköstä vain 2. kirjan 2. luvussa!

36 Chap. 1. On Magnetick Motions. Chap. 2. On the Magnetick Coition, and first on the attraction of Amber, or more truly, on the attaching of bodies to Amber. Chap. 3. Opinions of others on Magnetick Coition, which they call Attraction. Chap. 4. On Magnetick Force & Form, what it is; and on the cause of the Coition. Chap. 5. How the Power dwells in the Loadstone.

37 Versorium But in order that you may be able clearly to test how such attraction occurs, and what those materials are which thus entice other bodies (for even if bodies incline towards some of these, yet on account of weakness they seem not to be raised by them, but are more easily turned), make yourself a versorium of any metal you like, three or four digits in length, resting rather lightly on its point of support after the manner of a magnetick needle, to one end of which bring up a piece of amber or a smooth and polished gem which has been gently rubbed; for the versorium turns forthwith.

38 The electric effluvia differ much from air, and as air is the earth's effluvium, so electric bodies have their own distinctive effluvia; and each peculiar effluvium has its own individual power of leading to union, its own movement to its origin, to its fount, and to the body emitting the effluvium.

39 Gilbert sähköiset (elektriset) aineet (lasi, timantti, rikki, hartsi,...) epäsähköiset aineet (metallit, luu, smaragdi,...) ero sähkön ja magnetismin välillä magneettisuus luonnostaan aineessa, sähkö saatava hankaamalla esiin magneettisuus paljon vahvempi sähkövoima vain vetää erilliset voimat

40 Otto von Guericke ( ) Magdeburgin pormestari Ensimmäinen sähkögeneraattori!

41 1631 Magdeburger Hochzeit magdeburgisieren!

42 Horror vacui tyhjökammo Aristoteles Gasparo Berti Evangelista Torricelli 1644 Guericken tyhjiöpumppu ~ 1650

43

44 Guericke 1654

45 luku sähkökokeista rikkipallo maapallon mallina (kosmologia: maa, kuu) sähkökipinöitä

46 Otto von Guericke: Neue Magdeburger Versuche über den leeren Raum

47

48

49

50 Francis Hauksbee ( ) Royal Societyn demonstraattori - lasipallo - ontto pallo toimii - lasiputki

51 Isaac Newton puheenjohtajaksi 1703

52 elohopeaa valohehku (Pyhän Elmon tuli) - loistelampun edeltäjä

53 Stephen Gray ( ) - sähkön johtuminen Lasiputki: korkit päihin -voima korkeissa! -puutikku, metallilanka, naru -helmikuu 1729

54 - sähkön siirtoa 270 metriä! (silkkinarut kannattimina!) -idea: johtavat/eristävät aineet (vrt. Gilbert: elektriset/epäelektriset aineet) Copley-mitali 1731, 1732

55

56 Jean Antoine Nollet: Leçons de Physique Expérimentale, Vol. 6 (Paris: Guérin, 1764).

57

58

59

60 Venus electrificata Georg Mathias Bose (1754) L électricité, son origine et ses progrès, poème en deux livres.

61

62

63

64 Dufay ( ) (Charles François de Cisternay du Fay) kaikki aineet voidaan sähköistää (koskettamalla sähkökappaleella) sähköisen ja ei-sähköisen aineen välillä vetovoima kahden sähköisen aineen välillä poistovoima ACR Attraction Communication Répulsion

65 Dufay ( ) (Charles François de Cisternay du Fay) MUTTA: lasiputkella sähköistetty lehtikulta & hartsitanko? vetovoima! kahden sähkön teoria 1734

66

67 Kaksi sähköä (Dufay 1734) lasisähkö ja lakkasähkö Sarja: (+) lasi, villa, silkki, paperi, meripihka, lakka, metallit, rikki (-)

68

69

70

71

72

73 Triboelectric nanogenerator

74 Blue energy

75 Leidenin pullo (Kleistsche Flasche) Ewald Jürgen von Kleist (Pommeri 1745) Pieter van Musschenbroek (Leiden 1746)

76 Musschenbroekin kirje Réaumur lle (20. tammikuuta 1746) Une expérience nouvelle, mais terrible, que je vous conseille de ne point tenter vous-même "Tout à coup ma main droite fut frappée avec tant de violence que j eus tout le corps ébranlé comme d un coup de foudre ( ) ; en un mot je croyais que c en était fait de moi"

77

78 ...myös hyvä sähkön varasto

79 Philosophical Transactions of the Royal Society, 1746

80

81 Kapasitanssi d C = e e r 0 A d A C = 4p ae 0 e 0» 8, F/m (pikofaradeja)

82 Superkondensaattorit faradia

83

84 grafeeni-ultrakondensaattori (nopea)

85 William Watson ( ) sähköpiirin käsite

86 Mitä kautta sähkö kulkee sähköpiirissä?

87 Matti Supponen:

88 Sähkön hyötykäyttö Jean Jallabert ( )

89 Guillaume-Benjamin-Amand Duchenne de Boulogne ( ) sähköterapia