Главная страница » Лейденская банка — история создания первого электрического конденсатора

Лейденская банка — история создания первого электрического конденсатора

Явление электризации тел трением было известно еще древним грекам. В частности о притягивании легких тел натертым шерстью янтарем писал Фалес Милетский в VI в. до н. э. и, собственно, от слова «янтарь» на греческом и происходит термин «электрика», введенный в современную терминологию англичанином Уильямом Гилбертом в его работе «О магните, магнитных телах и большом магните Земли» 1600 года. Автору Гилберта принадлежит и первый электроскоп – стеклянная колба с помещенным в ее центр металлическим стержнем, предназначенная для индикации наличия электрического заряда.

Первый электростатический генератор

Гравюра 1750 года, демонстрирующая устройство для получение статического электричества
Гравюра 1750 года, демонстрирующая устройство для получение статического электричества

Спустя полвека Отто фон Герике, работавший в Магдебурге, сконструировал первый электростатический генератор — шар из серы, который, вращаясь вокруг оси, при трении об руку производил электрический заряд. Это устройство, в той или иной форме усовершенствованное несколькими изобретателями, на долгие годы стало основным для экспериментов по изучению статического электричества. Ими заинтересовался и декан кафедрального капитула города Каммин в Померании (ныне Камень-Поморский, Польша) Эвальд фон Клейст, намереваясь повторить один из трюков профессора Лейпцигского университета Георга Бозе, прославившегося зрелищными шоу с использованием т.н. «машин трения«.

В отличие от своих предшественников, считавших, что только изоляторы, которые в то время называли «электриками», могут накапливать статический заряд, Бозе в своем устройстве использовал погруженный в воду металлический стержень, искрой от которого он удивлял публику, зажигая спирт, разлитый на поверхности воды.

Эксперименты Клейста

Конструкция лейденской банки
Конструкция лейденской банки

Когда 11 октября 1745 года Клейст, пытаясь повторить этот трюк, одной рукой взялся за электрод, соединенный с электростатическим генератором, а другой придержал стеклянный сосуд, его поразил разряд тока, настолько сильный, что «показалось будто всему конец», как отметил он в тот день в дневнике. Сделав вывод, что колба с водой «отняла электрический заряд» из металлического электрода, а стекло предотвращает «утечку заряда», Клейст немедленно поделился своими наблюдениями по меньшей мере с пятью учеными, в частности с Даниэлем Гралатом из Данцига, после нескольких неудачных попыток в 1746 году все же сумел повторить его опыт.

Шоу Георга Бозе были известны далеко за пределами Германии и среди тех, кто пытался их повторить, был и профессор физики Лейденского университета голландец Питер ван Мушенбрук. Эксперименты, проведенные им вместе с ассистентом Жаном-Николя Аламандом и приятелем Андреасом Кунесом увенчались успехом, о чем Мушенбрук 20 января 1746 г. письмом сообщил своему французскому коллеге Рене Реомюру. Тот поделился новостью с Жаном-Антуаном Нолле, который, несмотря на оговорку Мушенбрука, повторил его «новый и крайне опасный» эксперимент, о чем в апреле доложил на заседании Парижской академии наук, назвав устройство для накопления электрического заряда Лейденской банкой.

Изобретение Мушенбрука

Обнаружение лейденской банки в лаборатории Мушенбрука.
Обнаружение лейденской банки в лаборатории Мушенбрука

Новость об изобретении Мушенбрука мгновенно разлетелась по миру. Пытаясь его усовершенствовать, Иоганн Винклер из Лейпцига переместил электрод из середины стеклянного сосуда поближе к его внутренней стенке, впоследствии заменив его цилиндром из металлической фольги. Он экспериментировал с различными наполнителями Лейденской банки, такими как масло и вино, и установил, что количество накопленного ею электрического заряда зависит от площади электрода и его расстояния до стеклянной поверхности, о чем 29 мая 1746 года письмом сообщил Лондонскому королевскому обществу по развитию знаний о природе.

Через два месяца Винклер и независимо от него Даниэль Гралат провели эксперименты с соединением, вероятно, последовательным двух-трех Лейденских банок, которое впоследствии американцем Бенджамином Франклином было названо «электрической батареей».

Лейденская банка получает современный вид

Батарея из параллельно соединённых 25 лейденских банок, музей Тейлора, Харлем
Батарея из параллельно соединённых 25 лейденских банок, музей Тейлора, Харлем

В 1747 году Лейденская банка приобрела свой современный вид — двое лондонских врачей Уильям Уотсон и Джон Бевис отказались от наполнения ее жидкостью или мелкими свинцовыми шариками, и, покрыв внешнюю и внутреннюю поверхность стеклянного цилиндрического сосуда тонкой фольгой из олова, создали первый конденсатор. В том же году Уотсон попытался измерить скорость передачи электричества, для чего соединил Лейденскую банку кабелем, проложенным лондонским Вестминстерским мостом через Темзу, другой конец которого подключил к собственному телу: из-за мгновения впечатления разрядом был сделан вывод, что передача электрического заряда происходит слишком быстро, чтобы ее можно было определить экспериментально.

Наконец, в конце 1756 года член Прусской академии наук Франц Эпинус и независимо от него шведский физик Юхан Вильке модифицировали Лейденскую банку, заменив в ней стекло воздухом, а в 1783 году итальянец Алесандро Вольта, изучая то, что сейчас называется электрической емкостью, создал первый плоский конденсатор.

Лейденские банки той или иной конструкции использовали преимущественно в медицинской отрасли для электротерапии, особенно популярной в Викторианскую эпоху, вплоть до конца XIX века, когда они нашли применение в искровых радиопередатчиках. Дальнейший технический прогресс в области радио и телекоммуникации потребовал увеличения надежности электрических устройств и в 1900-х годах на смену Лейденской банке пришли более компактные бумажные, а впоследствии — фарфоровые и слюдяные конденсаторы.

Поделиться

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх