Лейденская банка
Ле́йденская ба́нка — первый электрический конденсатор, изобретённый голландским учёным Питером ван Мушенбруком и его учеником Кюнеусом в 1745 в Лейдене. Параллельно и независимо от них сходный аппарат под названием «медицинская банка» изобрёл немецкий учёный Клейст.
Устройство
По энциклопедии Ф. А. Брокгауза и И. А. Ефрона, «этот конденсатор имеет форму банки, то есть цилиндра с более или менее широким горлом или же просто цилиндра, обыкновенно стеклянного. Банка оклеена внутри и снаружи листовым оловом (наружная и внутренняя обкладки), примерно до 2/3 её высоты и прикрыта деревянной крышкой. Банка может не иметь внутренней обкладки, но тогда в ней должна быть жидкость, например вода; банка может не иметь и внешней обкладки, но в таком случае при заряжении надо её обхватить ладонями рук; такова и была банка в первоначальном виде, когда её устроил (1745) голландский физик Мушенбрук и когда впервые испытал удар от разряда банки лейденский гражданин Кюнеус». Сквозь крышку в банку был воткнут металлический стержень. Лейденская банка позволяла накапливать и хранить сравнительно большие заряды, порядка микрокулона.
Применения
Изобретение лейденской банки стимулировало изучение электричества, в частности, скорости его распространения и электропроводящих свойств некоторых материалов. Выяснилось, что металлы и вода (кроме дистиллированной) — лучшие проводники. Благодаря Лейденской банке удалось впервые искусственным путём получить электрическую искру. В современном мире лейденская банка применяется только для демонстраций, как компонент электрофорной машины, в электротехнике она вытеснена куда более удобными и ёмкими высоковольтными конденсаторами закрытого типа.
Ссылки
- Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии.
- Электричество
- История физики
- 1745 год в науке
- Лейден
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое «Лейденская банка» в других словарях:
ЛЕЙДЕНСКАЯ БАНКА — (по имени города Лейдена, где была изобретена). Прибор, служащий для скопления большого количества электричества электрическ. конденсатор. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЛЕЙДЕНСКАЯ БАНКА по имени… … Словарь иностранных слов русского языка
ЛЕЙДЕНСКАЯ БАНКА — ЛЕЙДЕНСКАЯ БАНКА, первое в истории и простейшее устройство для накопления СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. Перво начально это был электрический КОНДЕНСАТОР, созданный в 1745 г. в г. Лейдене (Голландия). Лейденская банка состоит из стеклянного сосуда,… … Научно-технический энциклопедический словарь
ЛЕЙДЕНСКАЯ БАНКА — ЛЕЙДЕНСКАЯ БАНКА, один из весьма распространенных электрических конденсаторов. Представляет собой стеклянную банку, изнутри, и снаружи оклеенную станиолем. Внутренняя обклейка непосредственно соединяется с металлическим стержнем, заканчивающимся… … Большая медицинская энциклопедия
лейденская банка — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN Leyden jar … Справочник технического переводчика
лейденская банка — Leideno stiklinė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Leyden jar vok. Leydener Flasche, f rus. лейденская банка, f pranc. bouteille de Leyde, f … Fizikos terminų žodynas
Лейденская банка — один из видов электрических конденсаторов (см.); называется иногда банкою Клейста. Этот конденсатор имеет форму банки, т. е. цилиндра с более или менее широким горлом или же просто цилиндра, обыкновенно стеклянного. Банка обклеена листовым оловом … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Лейденская банка — название электрического конденсатора, по форме внешне похожего на банку, название по городу Лейден (Голландия), месту создания: ஐ . после чего отправились пировать; и пока полные до краев лейденские банки ходили меж ними, друзья настолько … Мир Лема — словарь и путеводитель
лейденская банка — Старинный прибор, предшественник современных электрических конденсаторов … Словарь многих выражений
лейденская — банка [ Словарь иностранных слов русского языка
БАНКА — (польск. banka, уменьш. от bania горшок). 1) цилиндрический, сверху открытый сосуд. 2) рожки, которыми вытягивают кровь из насечек на теле. 3) пространство между двумя орудиями в деке корабля; предназначается для жилья матросов. 4) на гребном… … Словарь иностранных слов русского языка
Электричество в банке
11 октября 1745 года Эвальд Георг фон Клейст сделал первый электрический конденсатор
Год спустя конденсатор был создан в Лейденском университете и вошел в историю науки как лейденская банка. Внешне он немного отличался от конденсатора Клейста, но их принципиальная конструкция была идентичной.
В XVIII веке ученые, как и в античные времена, получали электричество трением янтаря, стекла, серы и других диэлектриков, но уже в больших масштабах благодаря изобретению электростатических генераторов в виде крутящегося стеклянного шара или диска с механическим приводом и щетками для его натирания. Генератор электричества мог смастерить любой физик-любитель.
Таким физиком-любителем был настоятель Кафедрального собора в прусском городе Каммине фон Клейст. Он заряжал электричеством обычную воду в стеклянной банке через железный штырь (массивный гвоздь) в пробке банки. Важно было то, что банка при этом стояла на железной тарелке, то есть Клейстом была создана принципиальная схема конденсатора — два электрода (гвоздь и тарелка) и слой диэлектрика между ними (стекло и вода). Клейст по ощущениям прекрасно знал, какой силы ток дает его генератор, но когда он взялся за гвоздь в банке, его тряхнуло током гораздо чувствительнее. Было ясно, что банка копит, конденсирует электричество.
Клейст разослал письма о своем открытии коллегам, профессиональным физикам, в том числе в Лейденский университет, свою альма-матер. Там Питер ван Мушенбрук в 1746 голу сконструировал свой конденсатор. Это тоже была банка, но электродами в ней были не гроздь и подставка, а внутреннее и внешнее покрытие банки из слоев олова. Они были больше по площади и, соответственно, по электроемкости, чем у Клейста.
Лейденским конденсатором заинтересовался французский аббат Нолле, который тоже занимался физикой. Смастерив из таких конденсаторов целую батарею, он собрал две сотни монахов, велел им взять в руки по куску железной проволоки и создать живую цепь, а крайнему в ней монаху — дотронуться до провода конденсатора. Монахов дернуло током, а так как они дернулись все одновременно, аббат сделал научный вывод, что скорость тока велика. Потом этот опыт, только на мушкетерах, Нолле провел для короля Людовика XV. По воспоминаниям современников, король сильно смеялся, а первые конденсаторы с легкой руки аббата Нолле стали называть лейденскими банками.
Про приоритет Клейста забыли, сам он не стал его отстаивать, в том же 1745 году дел у него прибавилось, он стал президентом Королевского суда справедливости (апелляционного суда), а через три года умер.
История конденсаторов часть 1: первые открытия
История конденсаторов начинается вместе с первыми попытками изучения электричества. Я уподобляю их первым шагам авиации, когда люди изготавливали самолёты из дерева и ткани и пытались подпрыгнуть вверх, в воздух, не понимая в аэродинамике достаточно для того, чтобы понять, как остаться наверху. В изучении электричества был похожий период. Ко времени открытия конденсатора наше понимание было настолько примитивным, что считалось, будто электричество представляет собой жидкость, существующую в двух формах – стеклообразной и смолистой. И, как вы увидите дальше, всё поменялось в ранние годы развития конденсаторов.
История берёт начало в 1745 году. В то время электричество можно было создавать только электростатическим генератором. Стеклянный шар вращался со скоростью нескольких сотен оборотов в минуту, а экспериментатор прикасался к нему руками. Накопленное на нём электричество можно было разрядить. Сегодня мы называем этот эффект трибоэлектрическим – тут вы можете увидеть, как с его помощью можно запитать LCD-экран.
В 1745-м Эвальд Юрген фон Клейст из Померании (Германия) попробовал хранить электричество в алкоголе, решив, что может перевести электричество по проводнику от генератора в стеклянный медицинский сосуд. Поскольку электричество считалось жидкостью, такой подход выглядел разумным. Он считал, что стекло помешает электрической жидкости убежать из алкоголя. Он делал это примерно так же, как показано на картинке, пропустив гвоздь через пробку и опустив его в алкоголь, держа стеклянную бутылку одной рукой. О важной роли руки он в тот момент не догадывался. Фон Клейст обнаружил, что может получить искру, если прикоснётся к проводу, более мощную, чем если бы он использовал только один генератор.
Он сообщил о своём открытии группе немецких учёных в конце 1745 года, и новости дошли до Лейденского университета в Нидерландах, но по пути были перевраны. В 1746 Питер ван Мушенбрук со своим студентом Андреасом Кунэусом удачно повторил эксперимент, только с водой. Мушенбрук сообщил широкой французской научной общественности о результатах эксперимента. Считается, что Мушенбрук сделал это открытие независимо. Но это было только началом.
Жан-Антуан Ноле (известный также как аббат Ноле), французский экспериментатор, окрестил сосуд Лейденским и продавал его как особый вид бутылей богатым людям, интересовавшимся наукой.
Именно в Лейденском университете обнаружили, что эксперимент работает, только если держать контейнер рукой, а не поддерживать его изолирующим материалом.
Сегодня мы понимаем, что жидкость, контактировавшая со стеклом, работала как одна пластина конденсатора, а рука – как другая, стекло же было диэлектриком. Источником высокого напряжения был генератор, а рука и тело обеспечивали заземление.
Даниэль Гралат, физик и мэр Гданьска (Польша) первым объединил несколько сосудов параллельно, чем увеличил количество хранимого заряда. В 1740-х и 1750-х Бенджамин Франклин на территории, вскоре превратившейся в Соединённые Штаты Америки, также экспериментировал с лейденскими банками и назвал коллекцию из нескольких банок батареей, из-за сходства с батареей орудий.
батарея Лейденских банок
разбираем банку
разобранная банка
Франклин экспериментировал с водой в бутылках и с фольгой, выстилавшей бутылки, и решил, что заряд хранится в стекле, а не в воде. Он работал с разборными лейденскими банками, у которых внешняя и внутренняя фольга снималась со стекла. Позже было доказано, что он неправ. Франклин работал с гигроскопичным стеклом, и когда он убирал фольгу, заряд перемещался через коронный разряд во влагу в стекле. Если использовать ёмкость из твёрдого парафина или закалённого стекла, заряд остаётся на металлических пластинах. Существует ещё один эффект, диэлектрическое поглощение, происходящий из-за диполей в диэлектрике, в результате которого конденсатор сохраняет заряд даже после закорачивания пластин.
Франклин работал с плоскими стеклянными пластинами, с фольгой с обеих сторон, описав конструкцию из нескольких таких конденсаторов в одном из писем.
Примерно в то же время другие эксперименты Франклина показали, что за переноску заряда отвечает лишь одна субстанция, хотя её по-прежнему считали жидкостью – открытию электрона суждено было случиться только в районе 1800 года. Он обнаружил, что в заряженном объекте имеется либо избыток этой «жидкости», либо недостаток. Это опровергло гипотезу о двух видах электричества.
В 1776 году Алессандро Вольта, работая с различными методами измерения электрического потенциала, или напряжения (V) и заряда (Q), открыл, что для заданного объекта V и Q пропорциональны, назвав это “законом ёмкости”. Благодаря этому исследованию единицу напряжения назвали в его честь.
Термин «конденсатор» не использовался до 1920-х. Долгое время их называли конденсорами, и до сих пор называют так в некоторых странах и для некоторых целей [например, у нас – по-английски их зовут «capacitor» от слова «capacity» – «ёмкость» / прим. перев.]. Термин конденсор был предложен Вольтой в 1782 году, и происходил он от итальянского condensatore. Название обозначало возможность устройства хранить большую плотность заряда, чем изолированный проводник.
Аппарат Фарадея
В 1830-х Майкл Фарадей проводил эксперименты, определившие, что материал, находящийся между пластинами конденсатора, влияет на количество заряда, сохраняющегося на пластинах. Он экспериментировал со сферическими конденсаторами – две концентрические металлические сферы, между которыми мог быть воздух, стекло, воск, шеллак (смола) или другие материалы. Используя крутильные весы Кулона, он измерял заряд конденсатора, когда в промежутке между сферами был воздух. Затем, сохраняя напряжение без изменений, он измерял заряд, заполняя промежуток другими материалами. Он обнаружил, что заряд был больше, если вместо воздуха использовались другие материалы. Он назвал это особой индуктивной ёмкостью, и из-за этой его работы единицы ёмкости называют фарадами.
Термин «диэлектрик» впервые был использован в письме от Уильяма Уивела к Фарадею, где он описывал, как Фарадей придумал термин «димагнетик» по аналогии с «диэлекриком», и что наверно нужно было бы использовать термин «диамагнетник», но тогда было бы неудобно использовать термин «диаэлектрик» из-за трёх гласных подряд.
Генератор Уимсхёрста
Лейденские банки и конденсаторы, изготовленные из плоского стекла и фольги, использовались для искровых передатчиков и медицинской электротерапии до конца 18 века. С изобретением радио конденсаторы стали постепенно принимать современный вид, в основном из-за необходимости уменьшения индуктивности, для работы на высоких частотах. Мелкие конденсаторы делали из гибких листов диэлектрика, таких, как промасленная бумага, часто закрученная, с фольгой с двух сторон. История современных конденсаторов описывается отдельным постом.
Интересно, что ранние конденсаторы очень похожи на самоделки, и некоторые действительно делались энтузиастами. Лейденские банки и сейчас используются любителями высоких напряжений, как в этом генераторе Уимсхёрста, напечатанном на 3D-принтере, и как в этом развлечении с «банкой смерти».
Изобретение лейденской банки и первые электрические приборы
Очень важным шагом в развитии учения об электричестве было изобретение лейденской банки, т. е. электрического конденсатора.
Лейденская банка была изобретена почти одновременно немецким физиком Клейстом и голландским физиком Мушенбруком в 1745 — 1746 гг. Свое название она получила по имени города Лейдена, где Мушенбрук впервые проделал с ней опыты по изучению электрических явлений.
Мушенбрук так описывал свое изобретение в письме к французскому ученому Реомюру: “Хочу сообщить Вам новый, но ужасный опыт, который не советую повторять. Я занимался изучением электрической сичы. Для этого я подвесил на двух шелковых голубых нитях железный ствол, получающий электричество от стеклянного шара, который быстро вращался вокруг оси и натирался руками. На другом конце висела медная проволока, конец которой был погружен в стеклянный круглый сосуд, заполненный наполовину водой, который я держал в правой руке; левой же рукой я пытался извлекать из электрического ствола искру. Вдруг моя правая рука была поражена ударом с такой силой, что все тело содрогнулось, как от удара молнии.
Несмотря на то что сосуд, сделанный из тонкого стекла, не разбивается и кисть руки обычно не смещается при таком потрясении, тем не менее локоть и все тело поражаются столь страшным образом, что я не могу выразить словами, я думал, что пришел конец”.
Вскоре лейденская банка была усовершенствована: внешнюю и внутреннюю поверхность стеклянного сосуда стали обклеивать металлической фольгой. В крышку банки вставляли металлический стержень, который сверху заканчивался металлическим шариком, а нижний конец стержня при помощи металлической цепочки соединялся с внутренней обкладкой.
Лейденская банка является обычным конденсатором. Когда внешнюю обкладку ее заземляют, а металлический шарик соединяют с источником электричества, то на обкладках банки скапливается значительный электрический заряд и при ее разряде может протекать значительный ток. Получение больших зарядов с помощь лейденской банки значительно способствовало развитию учения об электричестве.
Прежде всего усовершенствовалась аппаратура для исследования электрических явлений, в частности электрические маслины. Это были, как и первая машина Герике, такие устройства, в которых электрический заряд получался в результате натирания стеклянного или эбонитового диска кожей или другими подобными материалами.
3атем появился первый электроизмерительный прибор — электрометр. Его история начинается с электрического указателя, созданного Рихманом вскоре после изобретения лейденской банки. Этот прибор состоял из металлического прута, к верхнему концу которого подвешивалась льняная нить определенной длины и веса. При электризации прута нить отклонилась. Угол отклонения нити измерялся с помощью шкалы, прикрепленной к стержню и разделенной на градусы.
В последующее время были изобретены различной конструкции электрометры. Так, например, электрометр, созданный италянцем Беннетом, имел два золотых листочка, повсещенных в стетслянный сосуд. При электризации листочки расходились. Будучи снабжен шкалой, такой прибор мог измерять, как тогда говорили, “электрическую силу. Но что такое “злектрическая сила”, этого еще никто не знал, т. е. неизвестно было, какую физическую величину измеряет этот прибор. Данный вопрос был выяснен значительно позже.