12 anni di attività Alessandro Zanasi Alessandro Zanasi AIST:
Alessandro Volta (Napisao : Matko Babić, učitelj fizike...
Transcript of Alessandro Volta (Napisao : Matko Babić, učitelj fizike...
1
Alessandro Volta
(Napisao : Matko Babić, učitelj fizike u miru.)
1. Uvod
Učenici gimnazije „Lucijana Vranjanina“ izvode eksperimente sa elektrostatskim strojem
pomoću elektrostatskih ježeva.
2. Kraća biografija Alesandra Volte
Alesandro Volta (Como 18.02.1745. – Como 05.03.1827.Italija) (Puno ime: Alesandro Giusepe
Antonio Anastasio, taljanski profesor fizike i kemije.)
Alessandro Volta Alessandro Volta 1810. proglašen grofom
Jedan od osnivača elektrostatike.
Profesor fizike na sveučilistu u Paviji.
Razjasnio (1796.) Galvanijev eksperiment.
2
Konstruirao prvi glavanski (voltin) članak.
Izumio elektrofor (uređaj za proizvodnju elektriciteta).
Kraljevska društvo (Royal Society) V.Britanije proglašava ga svojim članom 1791. (Napomena:
Kraljevsko društvo V. Britanije, je zapravo njihova akademija, tj najviša znanstvena institucija, kao kod
nas: HAZU = Hrvtaska akademija znanosti i umjetnosti!)
Volta Alessandro se rodio u taljanskom gradiću Como (na prekrasnom alpskom jezeru Lago di
Como) od majke Marie-Magdalene i oca Filipa Volte 18. Fubruara (veljače), 1745. godine.
Roditelji su željeli da postane odvjetnik, ali mladog Alessandra je toliko interesirao
elektricitet da je napisao i pjesmu o elektricitetu.
Već 1774.postaje profeosr u Comu, a 1779. imenovan je profesorom fizike na Sveučilištu u
Paviji. Od tada počinje njegova znanstvena karijera, iako se već i prije bavio elektricitetom.
Tako je 1775. konstruirao elektrofor, ali i jednu vrstu elektrometra (uređaj za mjerenje
elektriciteta). U periodu od dvije godine (1776.-1777.) bavi se kemijom plinova i otkriva plin
metan.
1796. godine, objašnjava Galvanijev ekperiment sa prepariranim žabljim mišićima, te
konstruira Voltin članak (mnogi ga zovu i galavnijev čalanak).
Što je bitno za Galvanijev eksperiment? (Luigi Galvani Bologna, 09.09.1737. – Bologna,
04.12.1798.; taljanski lječnik i fizičar. Profesor anatomije u Bologni, tada Papinska država.)
Luigi Galvani Luigi Galvani i prikaz originalonog eksperimenta
Galvani je primjetio 1784. u koliko taknemo preparirani žablji mišić s dva različita metala, tada dolazi
do „trzaja“, znači postoji neki „životinjski“ elektricitet. To je Galvani tako i objasvio u svojem čalnku o
životinjskjom elektircitetu 1791.
3
Stari Babilonci su to od prilike radili ovako (slično i vi – učenici radite to i u kemiji, a i u fizici i sada):
Alessandro Volta je dobro primjetio da je ta struja (zapravo elektricitet) učinak međudjelovanja
različitih metala i nekog kemijskog spoja-elektrolita. Tako je taj članak kojeg je napravio Volta nazvan
voltin elektrostatski članak, ali i galvanijev elektrostatski članak.
(Pitanje prvenstva u znanosti je veoma važno, jer da toga nema znanost bi bila kao demokracija; svi
sve znaju pričati i predlagati – misle da imaju pravo na pričanje, ali malo je onih koji i ozbiljno rade, tj
shvaćaju da su dužnosti čovjeka ispred njegovih prava!)
(Volta i Galvani su do smrti ostali „neprijatelji“, što nije neuobičajeno u znanstvenim krugovima.
Pitanje prvenstva je vezano uz datum objave stručnog/znanstvenog članka u nekom službenom
znanstvenom časopisu. No, isto je tako značajno vrijeme objave objašnjena te pojave/eksperimenta,
ako on nije dovoljno dobro prije objašnjen. Naime, pitanje nešto otkriti i nešto razjasniti su pitanja
koja uvijek opterećuju znanost. Čovječanstvo je, možda, imalo sreću da je veliki G.Galilei umro te
godine (1642.) kada se rodio veliki, veliki I.Newton, koji je zapravo sistematizirao i objasnio
mehaniku. Zato kažemo da je Galilei da kinematičke odgovore u mehanici, tj odgovorio je na pitanja:
„Kako se tijela gibaju?“, a veliki Newton je dao odgovor na pitanje: “Zašto se tijela gibaju?“) Evo
jednog intrentskog slikovnog prikaza polemike Volta-Galvani:
4
.)
3. O nekim Voltinim izumima
a) Elektrofor (A.Volta ga napravio 1775.)
To je uređaj pomoću kojeg se može dobivati stalan električni naboj. Kako izgleda:
Kako vidimo sastoji se od ploče izolatora (može
biti obični PVC) koja je i podloga uređaja i na toj ploči je ploča (manjeg promjera – obično
20 cm) od metala koji ima plastičnu (izolatorsku dršku/rukohvat). Uz to je potreban i
probor za trljanje – nabijanje plastične ploče. (Ako je ploča od plastike onda je to vunena
krpa. No, u koliko je ploča od stakla onda umjesto krpe mora biti koža!)
Kako radi elektrofor :
Iz ove dvije slike vidimo da najprije nabijemo (trljanjem) plastičnu/staklenu podlogu
nabojem – to se ne vidi na ovim slikama, zatim prislonimo metalni disk (prva slika u nizu i
na jednoj i na drugoj
pojavom elektrostatske polarizacije
je suprotni naboj na gornjoj površini diska
izolatorske podloge. Slika dva
trenutno uzemljimo naš elektrofor. Treći dio obiju slika nam prikazuje metalni disk koji
slobodno držimo u ruc
eksperimentirati.
Vrijednost ovog uređaja je da više ne trebamo trljati
samo za novi eksperiment ponavljamo radnje
Kako vidimo veoma jednostavan i elgantan, ali i ko
1775. godine, čime su se služili i
b) Podsjetimo što je sve bitno za elektrostatiku i kada je nastajalo;
Charles-Augustin de
Napoleona), već 1785. godine rješava univerzalni zakon o odnosima električnih (tada:
elektrostatskih) naboja. Znamo, taj je zakon po matematičkoj formulaciji sličan
Newtonov zakonu opće gravitacije.
pomoću tzv, torzionog njihala (originalna slika tog uređaja). Kasnije su na tom principu
konstruirane i tzv. torzione vage.
c) Već 1787. godine engleski svečenik Abraham Bennet, konstruira elektroskop (mjerni
uređaj sa zlatnim listićima.
elektrostatsko njihalo!)
drugoj slici) na izolatorsku (nabijenu) ploču/podlogu. Tako zvanom
pojavom elektrostatske polarizacije u vodiču (metalni disk) rasporede se
je suprotni naboj na gornjoj površini diska, tj naboj koji je istovjetan s nabojem
. Slika dva, u obje slike, nam prikazuje kako taj naboj odvedemo, tj
trenutno uzemljimo naš elektrofor. Treći dio obiju slika nam prikazuje metalni disk koji
slobodno držimo u ruci (za plastični rukohvat), te on ima svoj naboj s kojim možemo
Vrijednost ovog uređaja je da više ne trebamo trljati plastičnu/staklenu podlogu, već
samo za novi eksperiment ponavljamo radnje od jedan do tri s obiju slika!!!
Kako vidimo veoma jednostavan i elgantan, ali i koristan uređaj je A.Volta konstruirao već
odine, čime su se služili i svi drugi znanstvenici – elektrostatičari toga doba.
Podsjetimo što je sve bitno za elektrostatiku i kada je nastajalo;
Augustin de Coulomb (1736. – 1806. francuski fizičar i vojni inženjer u doba
Napoleona), već 1785. godine rješava univerzalni zakon o odnosima električnih (tada:
elektrostatskih) naboja. Znamo, taj je zakon po matematičkoj formulaciji sličan
Newtonov zakonu opće gravitacije.
(Coulomb, je zakon dobio
moću tzv, torzionog njihala (originalna slika tog uređaja). Kasnije su na tom principu
konstruirane i tzv. torzione vage.
Već 1787. godine engleski svečenik Abraham Bennet, konstruira elektroskop (mjerni
uređaj sa zlatnim listićima. (A.Volta je napravio nešto slično, znamo da postoji i tzv,
elektrostatsko njihalo!) Kako vidimo to je sve u vremenu djelovanja našeg A. Volte:
5
. Tako zvanom
rasporede se naboji tako da
istovjetan s nabojem
nam prikazuje kako taj naboj odvedemo, tj
trenutno uzemljimo naš elektrofor. Treći dio obiju slika nam prikazuje metalni disk koji
svoj naboj s kojim možemo
plastičnu/staklenu podlogu, već
s obiju slika!!!
ristan uređaj je A.Volta konstruirao već
elektrostatičari toga doba.
i vojni inženjer u doba
Napoleona), već 1785. godine rješava univerzalni zakon o odnosima električnih (tada:
elektrostatskih) naboja. Znamo, taj je zakon po matematičkoj formulaciji sličan
(Coulomb, je zakon dobio
moću tzv, torzionog njihala (originalna slika tog uređaja). Kasnije su na tom principu
Već 1787. godine engleski svečenik Abraham Bennet, konstruira elektroskop (mjerni
što slično, znamo da postoji i tzv,
Kako vidimo to je sve u vremenu djelovanja našeg A. Volte:
6
Slika prva prikazuje model Benetova elektroskopa, a druga slika prikazuje, tzv,
elektrometar, dakle uređaj s kojim možete i mjeriti količinu elektrostatskog naboja kojeg
registrira mjerni uređaj.
d) Tek 1878. godine Amertikanac Wimshurst konstruira nama dobro poznati stroj za
proizvodnju elektrostatskog naboja, a to je influentni ili Wimshurstov stroj:
Prva slika prikazuje elektrostatski stroj iz Školskog muzeja u Zagrebu, a druga učenike
gimnazije „Lucijana Vranjanina“ kako rade sa strojem iz njihovog fizikalnog kabineta.
(Lijepo vidite iskru između dviju različito nabijenih kugli!!!)
e) Konačno je 1929. godine američki fizičar Robert J. Van de Graaff konstruira stroj koji i
danas ima primjenu u znanstvenim otkričima, jer daje po volji velike izboje elektriciteta.
Evo izgleda i principa rada tog stroja:
4. Voltin niz
Godine 1793. A. Volkta otkriva jednu pojavu, koju je vjerojatno imao, kak se kaže, u glavi, već
duže vrijeme, tj od kada je konstruirao elektrofor.
Koja je to pojava?
7
To je svojstvo metala u dodiru s drugim metalom davanja električnog napona na dodirnim
pločama.
Kako to funkcionira?
U koliko uzmemo dvije vrlo fino polirane ploče dvaju različitih metala, te ih spojimo (npr: cink
i bakar), a zatim naglo razdvojimo, voltmetrom (u sadašnje vrijeme) možemo pokazati da
između njih postoji električni napon, tj ploče bi tada imale različite električne naboje. A.Volta
je ispitivao različite metale i zabilježio ovo što sada zovemo Voltin niz. Evo toga niza
postavljenog tako da je svaki navedeni metal pozitivniji od slijedećega.
CINK – OLOVO – KOSITAR – ŽELJEZO – BAKAR – SREBRO – ZLATO i PLATINA !!!
Uzrok tomu su tzv, slobodni elektroni koji postoje u metalu, te oni prelaze s jednog metala
na drugi pod određenim uvjetima.
5. Kako izgleda i kako radi Voltin elektrosatski članak
Volta je, kako smo naveli, to napravio na račun ekeperimentalnih zapažanja Galvania. To je
napravljeno 1800. Bio je to prvi eksperiment gdje je električni naboj ne samo „stvoren“ na
nekom materijalu, nego je on postojao (određeno vrijeme). Naime, A. Volta je prvo stavio
srebro i cink u otopinu razrijeđene sumporne kiseline. (Kasnije je upotrebio umjesto srebra
bakar, što se dalje koristilo u eksperimentima.) Napon je bio 1,1 V! (Difuzijom iona stvoren je
napon između metala i otopine, što je za cink iznosilo -0,76 V, a za bakar +0,34 V, a to nam
daje naponsku razliku među elektrodama od 1,1 V!!!) Evo izgleda originalnog Voltin članka:
Kako radi Voltin članak:
8
Nedostatak ovog prvog „proizvođača“ električne energije bio je brza oksidascija i time
smanjenje napona i jakosti struje.
Mnogi su fizičari kasnije usavršavali ovaj postupak „proizvodnje“ električne energije, što je
bilo i te kako važno za druga znanstvena otkrića na području elektriciteta.
Tako je npr; J.F. Danielle 1835. napravio sličan članak, ali u dvije različite otopine odvojene
(poroznom) membranom. To je produžilo vijek trajanja elektroda, tj usporilo oksidaciju.
Daljnja konstrukcija je nama najpoznatija i sada najprimjenjljivija. To je Lechlancheov članak
iz 1868. godine. Kako on radi? Tu je kao pozitivna elektroda stavljen ugljeni štapić u vrečici s
manganovim dioksidom, koji služi kao depolarizator, a negativna elektroda (od cinka)
stavljena je u otopinu amonijevog klorida. Poboljšanjem kemijske tehnologije napravljen je
suhi L-članak čiji je napon 1,5 V, koji je kako znamo prikladan za upotrebu (današnje baterije:
1,5 V, 3 V, 4,5 V, 9 V!!!)
Voltin elektrostatski stup (napravljen od niza V-članaka) je u osnovi prva elektrokemijska
baterija koja se sastoji od izmjenično poredanih ploča bakra i cinka (vidi: slike na početku
poglavlja 5.), a između je vuneni materijal natopljen u elektrolit, tj otopinu sulfatne kiseline ili
kuhinjske soli.
U to vrijeme to je bio i te kakav uspjeh: ,
A.Volta slikan kao grof sa svojim stupom! (Naime, 1810. Alesandra Voltu Napoleon je
proglasio grofom!)
6. Još o Alesandru Volti …
Kako znamo Alesandro Volta 1827. u Comu 5-toga marta/ožujka, umire. Umro je, zaslugom
Napoleona, grofofski (dosta je toga Napoleon donio i novog i dobra u Europu). Postao 1810.
grofom:
9
Gradić na obalama istoimenog aplskog jezera mu se dostojno odužio. Pa evo i te priče u
slikama:
Izgled jezra Lago di Como Pitoreksni gradić: C o m o
Muzej, tj palača Volta i spomenik Volti:
A. Volta je bio, kako znamo aktivan predavač-profesor na fakultetu, ali i pisac knjiga:
Sedamdeset godina nakon njegove smrti znanstveni svijet mu odaje priznanje koje i dan dans, pa i
dalje svi mi znamo i poštujemo. Na znanstvenoj konferenciji 1897. jedinica za napon je nazvana
njegovim prezimenom, dakle 1 V (čitaj: VOLT). Također je i instrument za mjerenje električnog
napona nazvan po njemu: voltmetar!!!
10
a) b)
Za definiciju napona Voltmetar – analogni Mjerenje a) napona b) struje
U nekim posebnim područjima fizike i kemije, posebno kada je to vezano za mikrostrukturu koristi se
jedinica za energiju koja je dozvoljena iako nije unutar SI-sustava, a to je: 1 elektronvolt! To je ona
kinetička energija koju elektron dobije u elketričnom polju razlike potencijala 1 volt:
Ta energija iznosi: 1,601 x 10 -19 J (đula)
7. Zaključak
Često ovakove priče i eksperimenti uz njih pobude veliku pažnju kod nekih učenika.
Pogledajmo što je Martin učenik drugog razreda O.Š. „Voltino“ (generacija 2015./16.) učinio,
gledajući i slušajući svojeg učitelja fizike prof. Šoštarića, koji često svojim eksperimentima
zadivljuje djecu nižih razreda svoje škole:
Martin je najprije uzeo plastični jastučić za sjedenje – natrljao njime svoju kosu i pustio da mu
… se divimo…
11
Diviti se zapravo treba ovom umijeću da tako mlad dječak tako pametno i primjenjljivo
razmišlja. Što će Martin biti… budući: Tesala ili Soljačić ne znam, ali djeca ga zovu: Einstein!
(Teskt je poklon Matka Babića O.Š.“Voltino“, a pregledao ga je (recenzirao) prof. fizike škole
O.Š. „Voltino“ Stjepan Šoštarić, nastavnik savjetnik.)
… Dodatak: Kako naš odličan učenik Martin (iz II razreda) proučava Voltin članak!
Za potrebe O.Š. „Voltino“ u Zagrebu Horvat Didakta je izradila prema orignalnom zapisu
Voltin članak. (Na izradi su surađivali Ljudevit Horvat i Matko Babić, a pokuse je pokazivao
učitelj Stjepan Šoštarić.)
Martin je promatrajući što radi učitelj Šoštarić došao do zaključka da ovako pokaže rad
Voltinog članka:
a b
c d
12
Što nam kazuju slike: a,b,c,d? Martin se odlučio da instrumentom pokaže kako imamo struju.
Naime, vidio je da je učitelj kratko u strujnom krugu držao žaruljice ili neki drugi uređaj. Tako vidite
kako Martin samo kratko utiče spojnu žicu u instreument (slika b), te odmah želi isključiti članak iz
strujnog kruga (slika c), a na slici d, vidite da je isključio instrument.
Vi znate odgovor na pitanje: 1. Zašto se Voltin članak ne može duže držati kao izvor električne
enrgije?
2. Koliki napon (približno) ima ovaj naš Voltin članak? (Po svakom članku
je napon 1,1 V)?
Odgovor 1: Dolazi do polarizacije na elektrodama i ona smanjuje jakost električne struje!
Odgovor 2: Oko 20 Volta!