ELEC-A4920 (3 op) Sähkötekniikan historia ja innovaatiot. 3. luento: Staattisen sähkön aikakausi

Transkriptio

1 ELEC-A4920 (3 op) Sähkötekniikan historia ja innovaatiot 3. luento: Staattisen sähkön aikakausi

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 Physics Today tammikuu 2018 ss

4

5

6 Skotlannin pankin uusi 10 punnan seteli (2017) Somerville voitti Maxwellin!

7

8 sitten Sähköstatiikan aikakausi

9 Gilbert 1600

10 Guericke 1660

11 Gray 1729

12 Dufay ( ) (Charles François de Cisternay du Fay) lasisähkö ja lakkasähkö Kahden sähkön teoria 1734

13 Leidenin pullo Ewald Jürgen von Kleist (Pommeri 1745) Pieter van Musschenbroek (Leiden 1746)

14

15

16 William Watson ( ) sähköpiiri 1748 Sähkön nopeus?

17 influenssi, induktio sähköistetyn ja sähköistämättömän kappaleen välinen vetovoima sähkön kerääminen

18 Elektroskooppi

19 Elektrofori (sähkön kantaja) Johan Carl Wilcke (1762), Alessandro Volta (1775) eriste johde (sähköistyvä) eriste

20 Voltan tiivistäjäelektroskooppi

21 Leidenin pullon varaaminen elektroforilla

22 Wimshurstin generaattori (influenssikone) James Wimshurst ( )

23 Benjamin Franklin ( ) (Norman Rockwell: Ben Franklin s Belles)

24 Valtiomies ( one of the founding fathers of the United States ), tiedemies, diplomaatti, valtioteoreetikko, kirjailija, filantrooppi, keksijä, toimittaja, muusikko, satiirikko,... "In a Franklin could be merged the virtues of Puritanism without its defects, the illumination of the Enlightenment without its heat. (historioitsija Henry Steele Commager)

25 Franklinin keksintöjä kaksiteholasit vapaapalokunta kiertoilmauuni matkamittari ukkosenjohdatin kesäaika laivojen turvallisuus keinutuoli lasiharmonikka Golf-virta yhden sähkön teoria Copley-mitali 1753

26

27 Lasi silkkikankaalla hangattuna: molempiin yhtäsuuri sähkövoima (eristävällä alustalla ihmiset antavat yhtäsuuren sähkökipinän) Franklin: sähköaine siirtyy lasitankoon neutralisoituvat koskettamalla toisiaan sähköinen atmosfääri ongelmia: epäsymmetria: sähkö sähkön puute elektronin varaus negatiivinen...

28 Triboelektrinen sarja (τριβω hankaaminen) + positiivinen sähköaine (neutraali) ilma kumi asbesti kupari lasi rikki kiille hopea nailon kulta villa styrox kissannahka pvc silkki teflon paperi eboniitti (neutraali) negatiivinen sähköaine

29

30

31

32

33 Salama sähköilmiö? vetäisikö terävä kärki sähkötulen pois? Thomas François d Alibard Marly la Ville

34

35 Franklinin sähköterapia Timothy Lane: annosmittari (1767)

36

37

38 Georg Wilhelm Richman ( ) Pietari

39

40

41 Ukkosenjohdatin: terävä vai tylppä? (Yrjö III: pallopäiset johdattimet)

42 Teoriaa... mikä aine välittää voiman? ei tyhjöä, hiukkasvirrat? effluvium-mallit magneetista lähtevä vuo tyhjentää välissä olevaa tilaa... (Lucretius) Gilbert: sähkön effluvium (mutta magneetin poistovoima mystinen) kuumat sädevirrat hangatusta meripihkasta, kääntyvät takaisin ja tarttuvat muihin kappaleisiin tyhjöpumput: ei vaikutusta magneettiseen voimaan! Descartes: kierteiset hiukkaset välittävät magnetismin

43

44 Sähkön voimalaki Franz Ulrich Theodosius Aepinus ( ) sähkö ja magnetismi: analogia turmaliini ( tuhkanvetäjä ) pyrosähköinen voiman etäisyysriippuvuus 1/r n Joseph Priestley ( ) (hapen keksijä ) Copley-mitali 1772 gravitaatioanalogia

45

46 Joseph Priestley: The History and Present State of Electricity 1. painos (1767) 2. painos (1769) 3. painos (1775) books.google.com

47

48 Isaac Newton: symmetrinen pallonkuori painovoima?

49 Henry Cavendish ( ) Ainoa kuva! Biot: Le plus riche de tous les savants, et peut-être le plus savant des riches Maxwell r n n 9 2 Plimpton & Lawton (1936) 2 10

50 Charles-Augustin de Coulomb ( ) opiskeli matematiikkaa 1759 Mézieres in sotakouluun 1764 Martinique-saarelle linnoitustöiden johtajaksi (seitsemän vuotta) trooppinen kuume, palasi Ranskaan taitava mekaanikkoinsinööri kuitujen kiertokimmoisuus, kiertovaaka sähkö/magnetismivoimatutkimukset ja 1780-luvuilla vallankumouksen aikana siirtyi maaseudulle Napoleonin aikana takaisin Pariisiin koulujärjestelmän ylitarkastaja varauksen yksikkö: coulombi

51 Coulomb kiertolankavaakamittaukset (1785) poistovoima vetovoiman mi aus heilahdusmenetelmä YouTube!

52 Coulombin laki F Q Q r Myös magneettivoimien tutkimusta ( ei yhteyttä sähköön ) Gravitaatiodualismista matematiikka: Laplace, Poisson

53 Sähkötutkimuksista Suomessa Turun Akatemia (perustettu 1640) Albert Edelfelt ( ): Turun Akatemian vihkiäiset tuhoutuivat Helsingin pommituksissa 1944

54 Kuningatar Kristiina ( )

55 Sakari Topelius ( ): Tähtien turvatit

56

57

58 ks. MyCourses

59

60

61

62 2. tehtävä Etsi Philosophical Transactions -lehdestä sähköön ja/tai magnetismiin liittyvä artikkeli, joka on julkaistu ennen vuotta Tutki ja analysoi se. Kirjoita vähintään kahden sivun essee. Pohdi siinä myös, miten ajankohtaista artikkelin sisältö voisi olla nykyluonnontieteen/tekniikan valossa. jättöpäivä ke