Рубрика: Физика
Тајната на оксфордското електрично ѕвонче
Автор: Петар Лагудин
Објавено на 04.03.2018 - 00:00

Деновиве како посебна атракција во интернет медиумот се експонира “Оксфордското електростатско ѕвонче” (Oxford Electrostatic Bell), кое заедно со неговата батерија за напојување се инсталирани во далечната 1840 година во лабораторијата на Универзитетот во Оксфорд (Oxford). Ѕвончето и батеријата наводно сè уште функционираат без прекин до ден-денес, односно, цели 177 години (!), што всушност претставува Гинисов рекорд (Guinness World Record) според бројот на отчукувањата на ѕвончето; повеќе од 10 милијарди пати! Нивниот толку долг животен век асоцира на “перпетуум мобиле”, па нормално е тој да побуди интерес за причината на којашто се должи тоа.

Во овој напис ќе се обидеме да ја објасниме енигмата на долгиот животен век на Оксфордското ѕвонче. Ќе започнеме од конструкцијата на склопот. Неговиот изглед е покажан на слика 1. Гледаме, склопот се состои од два одвоени подолги цилиндрични “столба”, вертикално поставени паралелно еден до друг, а на нивната долна страна е прицврстено по едно метално ѕвонче. Помеѓу ѕвонцата, но не допирајќи ги нив, виси мала метална кугличка со пречник од 4 mm, обесена на свилен конец долг колку “столбовите”. Во секој “столб” е сместена по една електрична батерија, па така комплетирани столбовите се нарекуваат “Замбониеви столбови” (Zambonian pile) според нивниот пронаоѓач Џузепе Замбони (Guiseppe Zamboni).

Слика 1

Батериите се составени од повеќе сериски поврзани единечни ќелии (cells), но научниците не се наполно сигурни од кои два метала се составени ќелиите, ниту пак знаат колкав е нивниот број, бидејќи отворањето на батериите  би можело да значи нивно уништување. Им останува само да претпоставуваат дека батериите се составени од голем број сериски поврзани парови од тенки тркалезни бакарни и цинкови плочки, со електролит помеѓу нив (слика 2). На горниот дел на столбовите, батериите се поврзани помеѓу себе во сериска врска, па така на нивните долни страни тие имаат различен напонски потенцијал – едната позитивен, а другата негативен потенцијал. Оваа обратна поларизираност е пренесена и на ѕвонцата прикачени на столбовите, па така едното ѕвонче има позитивен, а другото негативен напонски потенцијал. Кугличката обесена на свилен конец помеѓу ѕвонцата претставува физичко нишало (клатно). Со тоа, завршивме со описот на конструкцијата на склопот, па сега можеме да поминеме на објаснување на принципот на неговото функционирање!

Слика 2

Веќе од описот на конструкцијата, можевме да забележиме дека принципот на функционирање на ова ѕвоно е поинаков од вообичаениот принцип, којшто се применува кај современите класични ѕвонца. Имено, кај Оксфордското ѕвоно е применет “електростатски” ("electrostatic") принцип за вибрација на кугличката за таа да удира наизменично во ѕвонцата, наместо вообичаениот “електромагнетски” принцип применет кај современите ѕвонца. Електричен шематски приказ е покажан на слика 3, на која ако кликнете, ќе ви се покаже анимација на целиот тој процес.  Еве го објаснувањето! Системот мирува кога кугличката механички е закочена, а се активира со нејзино механичко ослободување. Кога таа ќе се  ослободи, ќе биде привлечена од едно од ѕвонцата под дејство на неговата електростатска сила продуцирана од неговиот напонски потенцијал. Но, штом таа ќе го допре ѕвончето, ќе го прими неговиот напонски потенцијал, а два истородни потенцијали се одбиваат, па кугличката ќе се одбие од тоа ѕвонче кон спротивното ѕвонче коешто има спротивен напонски потенцијала, според физичкиот закон “тела со различни напонски потенцијали се привлекуваат”. Но, кога и него ќе го допре, таа ќе го прими неговиот напонски потенцијал, па како и претходно, ќе се одбие од него кон спротивното ѕвонче. Дејствието  перманентно се повторува, па кугличката наизменично удира во ѕвонцата со периода од 2 Hz, и така продуцира ѕвонење, кое трае сè додека таа повторно не биде механички закочена.

Слика 3

Од објаснувањето забележуваме дека склопот функционира без затворање на извесно електрично струјно коло, односно без проток на електрична струја, како што е тоа кај класичните ѕвонца кои работат на електромагнетски принцип, па тука треба да ја бараме долговечноста на батеријата! Меѓутоа, ништо не е вечно, па да се потсетиме: на почетокот рековме дека склопот и денес функционира, но сега ќе бидеме попрецизни. Имено, на склопот сè уште функционира само нишалото, т.е. осцилирањето на кугличката помеѓу двете ѕвонца, но нејзините удари во ѕвонцата се значајно ослабени како последица од паднатиот електричен напон на батериите, па отчукувањето на ѕвончето повеќе не се слуша. Сепак, научниците претпоставуваат дека конечниот престанок на осцилирањето на “нишалото” ќе се случи поради неговата механичка истрошеност, а не поради тотален губиток на енергијата за напојување! 

Клучни зборови:

Оксфордското електрично ѕвоно

Батеријата т.н. Замбониев столб

Анимиран приказ на принципот на функционирање