Clarendon Laboratory Bell στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης:Τι είναι; Πώς λειτουργεί?

Το Oxford Electric Bell, που δημιουργήθηκε το 1840 και κατασκευάστηκε το 1825, χτυπάει σχεδόν 179 χρόνια και έχει χτυπήσει περισσότερες από 10 δισεκατομμύρια φορές.

Όταν άκουσα για πρώτη φορά για μια μπαταρία που είχε διαρκέσει για περισσότερα από 179 χρόνια, η άμεση σκέψη μου ήταν… τι θα γινόταν αν είχαμε μια τέτοια μπαταρία για τις φορητές συσκευές μας; Φανταστείτε πόσες ώρες θα μπορούσαμε να περάσουμε χωρίς σκέψη κάνοντας scrolling στο Instagram ή βλέποντας χαριτωμένα βίντεο με σκύλους στο Youtube! Οι δυνατότητες θα ήταν ατελείωτες…

Ωστόσο, πριν φανταστώ για πάρα πολύ καιρό αυτήν την μπαταρία που αλλάζει το παιχνίδι, ενημερώθηκα για ένα μικρό πρόβλημα, δηλαδή ότι ούτε οι επιστήμονες ούτε οι ιδιοκτήτες της μπαταρίας γνωρίζουν από τι είναι πραγματικά κατασκευασμένη. Αυτό που περιγράφουμε είναι η μπαταρία που τροφοδοτεί το ηλεκτρικό κουδούνι στο εργαστήριο Clarendon στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.

Το Oxford Electric Bell, που δημιουργήθηκε αρχικά το 1840, χτυπά συνεχώς για περισσότερα από 179 χρόνια.

Ιστορικό της μπαταρίας

Όλα ξεκίνησαν όταν Luigi Galvani, ένας Ιταλός φυσικός, ανακάλυψε κατά λάθος τον βιοηλεκτρισμό στη δεκαετία του 1780. Ο Λουίτζι ανατέμνε έναν νεκρό βάτραχο με μερικά μεταλλικά εργαλεία και παρατήρησε κάτι περίεργο. Κάθε φορά που χτυπούσε τα νεύρα του βατράχου με τα μεταλλικά εργαλεία, τα πόδια του λύγιζαν. Αρχικά απέδωσε αυτή την περίεργη συμπεριφορά σε ζωτικό υγρό, το οποίο συνδέεται με μια παλιά θεωρία της βιολογίας που δεν είναι πλέον αποδεκτή στο πεδίο. Αργότερα, άλλαξε γνώμη και είπε ότι πρέπει να είναι ζωικό ηλεκτρισμό.

Ο Galvani χρησιμοποίησε εργαλεία που αποτελούνταν από διαφορετικά υλικά για να ανατέμνει τον βάτραχο. Αυτά τα εργαλεία λειτουργούσαν ως ηλεκτρόδια, ενώ το νεύρο λειτουργούσε ως ηλεκτρολύτης. (Φωτογραφία:Luigi Galvani/Wikimedia Commons)

Ένας άλλος Ιταλός φυσικός, ο Alessandro Volta, άκουσε για το πείραμα του Galvani και πρότεινε ότι και οι δύο θεωρίες ήταν λανθασμένες. Πίστευε ότι τα πόδια συσπάστηκαν μόνο και μόνο επειδή το νεύρο λειτουργούσε ως ηλεκτρολύτης, ενώ ο ηλεκτρισμός στην πραγματικότητα παρήχθη λόγω της διαφοράς στα υλικά των εργαλείων που χρησιμοποιήθηκαν. Ο Βόλτα απέδειξε αργότερα τη θεωρία του δημιουργώντας την πρώτη χημική μπαταρία το 1800.

Η μπαταρία κατασκευάστηκε με τη συσσώρευση δίσκων από χαλκό (ή ασήμι) και ψευδάργυρο μεταξύ δίσκων από χαρτόνι εμποτισμένους σε άλμη (ή θειικό οξύ με νερό). Η μπαταρία ονομάστηκε «Βολταϊκός Σωρός " ή "Στεγνό σωρό ". Ο Βόλτα, με την εφεύρεση του βολταϊκού σωρού, βοήθησε να καταρριφθεί η επικρατούσα θεωρία ότι η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται μόνο από ζωντανά όντα. Ωστόσο, η μπαταρία που δημιούργησε η Volta είχε μερικά μειονεκτήματα. Ήταν επικίνδυνο να το χειριστείς λόγω του θειικού οξέος και η ισχύς του στοιχείου μειώθηκε επίσης μετά από μία ή δύο ώρες.

Ο βολταϊκός σωρός, που αναφέρεται επίσης ως ξηρός σωρός, αποτελούνταν από έναν αριθμό δίσκων ψευδαργύρου και χαλκού που τοποθετούνταν ανάμεσα σε δίσκους από χαρτόνι εμποτισμένους σε άλμη ή θειικό οξύ. (Φωτογραφία:Gillard/Wikimedia Commons)

Τζουζέπε Ζαμπόνι, ένας άλλος Ιταλός φυσικός, βελτίωσε τον βολταϊκό σωρό και εφηύρε τη δική του μπαταρία, τον Σωρό Zamboni, το 1812. Το Zamboni Pile χρησιμοποιεί μια σειρά από χάρτινους δίσκους επικαλυμμένους με φύλλο ψευδαργύρου στη μία πλευρά και διοξείδιο του μαγγανίου στην άλλη. Η υγρασία των χάρτινων δίσκων λειτουργεί ως ηλεκτρολύτης.

Φέρνοντας τα τερματικά άκρα του σωρού Zamboni κοντά μεταξύ τους και αναρτώντας μια μεταλλική σφαίρα μεταξύ τους, σχηματίζεται μια διάταξη που ονομάζεται ηλεκτροστατικό ρολόι. Η διάταξη ονομάζεται ρολόι επειδή η μεταλλική σφαίρα που ταλαντώνεται μεταξύ των ακροδεκτών μοιάζει με εκκρεμές. Το Oxford Electric Bell έχει την ίδια ρύθμιση με αυτή ενός ηλεκτροστατικού ρολογιού.

Οι κόκκινες και μπλε δομές που μοιάζουν με μπάλα είναι τα τερματικά του σωρού Zamboni. Αυτή η διάταξη ονομάζεται ρολόι επειδή η ταλαντευόμενη κίνηση της μεταλλικής μπάλας την κάνει να μοιάζει με εκκρεμές

Γρήγορα στο 1825, όταν οι κατασκευαστές οργάνων με έδρα το Λονδίνο Watkins and Hill δημιούργησε το ηλεκτρικό κουδούνι της Οξφόρδης και την μπαταρία για να το τροφοδοτήσει. Αν και δημιουργήθηκε μόλις 25 χρόνια αφότου η Volta ανακάλυψε την πρώτη χημική μπαταρία, αυτή η μπαταρία έχει ξεπεράσει κάθε άλλη μπαταρία που κατασκευάστηκε ποτέ. Στην πραγματικότητα, αυτή η μπαταρία κατέχει αυτήν τη στιγμή το παγκόσμιο ρεκόρ Γκίνες για την «Most Durable Battery ".

Το ηλεκτρικό κουδούνι της Οξφόρδης

Δημιουργήθηκε από τους Watkins and Hill το 1825, το ηλεκτρικό κουδούνι μεταφέρθηκε στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης από τον αιδεσιμότατο Robert Walker το 1840. Αυτή τη στιγμή το κουδούνι βρίσκεται σε ένα ράφι στο φουαγιέ του Εργαστηρίου Clarendon του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης. Η ετικέτα που είναι τοποθετημένη κοντά στο κουδούνι γράφει «Σταθεί το 1840» με το χέρι του Robert Walker. Μια άλλη ετικέτα γράφει "Demonstration Dry Pile Purchased 1840".

Το Oxford Electric Bell κάθεται σε ένα ράφι στο εργαστήριο Clarendon του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης με δύο ετικέτες. Ένα από τον ίδιο τον Robert Walker και ένα άλλο που δείχνει το έτος αγοράς. (Φωτογραφία:DavidCWG /Wikimedia Commons)

Το στήσιμο της καμπάνας αποτελείται από ένα σφαιρικό μεταλλικό clapper που ταλαντεύεται μεταξύ δύο μικρών κουδουνιών. Το μεταλλικό clapper έχει διάμετρο περίπου 4mm. Το μεταλλικό clapper τροφοδοτείται από την μπαταρία που βρίσκεται πάνω από τα κουδούνια. Η μπαταρία πιστεύεται ότι είναι μια μπαταρία ξηρού σωρού με μια πάστα μέσα της. Αυτή η πάστα περιέχει την ελάχιστη ποσότητα νερού που απαιτείται για να λειτουργήσει ο ηλεκτρολύτης. Μια επίστρωση από στερεό θείο κρατά το νερό μέσα και βοηθά στην αποφυγή τυχόν διαρροών. Πέρα από αυτό, δεν γνωρίζουμε πραγματικά ποια υλικά ή εξαρτήματα υπάρχουν μέσα στο σώμα της μπαταρίας.

Τώρα, ερχόμενοι στο πιο σημαντικό ερώτημα… πώς άντεξε μια τόσο παλιά μπαταρία τόσο πολύ;

Πώς λειτουργεί το Oxford Electric Bell;

Δεδομένου ότι δεν γνωρίζουμε για το ακριβές εσωτερικό του Oxford Electric Bell, υπάρχει μόνο ένας τρόπος για να απαντήσουμε σε αυτήν την ερώτηση. Πρέπει να κάνουμε αυτό που φαίνεται ότι κάνουν πάντα οι επιστήμονες — υποθέτοντας.

Εξετάζοντας τα διαγράμματα μπαταριών από την ίδια περίπου εποχή που κατασκευάστηκε αυτή, πίσω στη δεκαετία του 1820, μπορεί να υποτεθεί ότι η μπαταρία είναι ένας σωρός Zamboni με περίπου 2000 ή περισσότερους δίσκους που αποτελούνται από ψευδάργυρο και διοξείδιο μαγνησίου. Και οι 2000 δίσκοι θα στοιβάζονταν ο ένας πάνω στον άλλο. Αυτοί οι δίσκοι των 2000 δημιουργούν μια τεράστια τάση περίπου 2 kilovolt μεταξύ των δύο κουδουνιών. Έχετε υπόψη σας, αυτή είναι 16 φορές μεγαλύτερη από την κύρια τάση τροφοδοσίας της Αμερικής. [Δεν είμαι σίγουρος για την κύρια τάση τροφοδοσίας της Αμερικής. Ορισμένοι ιστότοποι το δείχνουν ότι είναι 110 V, ενώ άλλοι το ορίζουν στα 220 V], αλλά το μεταλλικό clapper παίρνει μόνο 1 νανο-amp ρεύματος κάθε φορά που κουδουνίζει.

Αυτή η μικροσκοπική απαίτηση ρεύματος του clapper και η τεράστια ποσότητα διαθέσιμης τάσης είναι πιθανώς ο λόγος που το Oxford Electric Bell εξακολουθεί να χτυπά. Στα 179 χρόνια από την έναρξή του, η καμπάνα έχει χτυπήσει περισσότερες από 10 δισεκατομμύρια φορές. Ναι, καλά διαβάσατε. Δισεκατομμύρια… με το Big B.

Μια αιωνιότητα αργότερα και ακόμα ηχεί!

Για να μάθουμε ακριβώς από τι είναι κατασκευασμένη η μπαταρία, θα έπρεπε να την κόψουμε και να τερματίσουμε τη διάρκεια της 179χρονης λειτουργίας του κουδουνιού, αλλά το άνοιγμα της συσκευής θα κατέστρεφε επίσης το πείραμα και θα μας εμπόδιζε να δούμε πόσο ακόμη θα διαρκέσει.

Συμπέρασμα

Το κουδούνι έχει πλέον τοποθετηθεί πίσω από δύο υαλοπίνακες για να αμβλύνει το συνεχές κουδούνισμα του. «Πόσο καιρό θα συνεχίσει να χτυπά το ηλεκτρικό κουδούνι της Οξφόρδης;» και "Από τι αποτελείται η μπαταρία μέσα;" είναι δύο από τα πιο φλέγοντα ερωτήματα στην επιστημονική κοινότητα. Οι άνθρωποι πιστεύουν ότι το κουδούνι θα σταματήσει τελικά όταν σπάσει το παλαμάκι λόγω φθοράς καθ' όλη τη διάρκεια της παρατεταμένης ζωής του.

Το 1841, μόλις ένα χρόνο μετά την ίδρυσή τους, οι Watkins και Hill έγραψαν σε μια επιστολή:

«Η υπολειπόμενη ηλεκτρική ισχύς που είναι επαρκής για να συνεχίσει να χτυπούν οι καμπάνες σπάνια διαρκεί περισσότερο από τρία ή τέσσερα χρόνια. Είναι ένα όμορφο μηχάνημα αλλά και παροδικό στη διαδικασία λειτουργίας του»

Θα ήταν περήφανοι αν μάθαιναν πόσο λάθος έκαναν και είμαι σίγουρος ότι χαμογελούν από τα αστέρια με περηφάνια ακούγοντας το κουδούνι τους να χτυπά ακόμα σε όλο του το μεγαλείο.