Лайденски буркан: първият кондензатор — определение и история

Лайденският буркан (или Лайденски буркан) е ранно устройство за съхраняване на статично електричество. Представлява стъклена бутилка или колба, чиито вътрешна и външна повърхност често са облицовани с метално фолио или друга проводяща обвивка; в някои варианти вътре е имало вода. Така създадената конструкция позволява на експериментатора да събере и задържи значителен електрически заряд за кратко време.

Устройство и принцип на действие

По същество Лайденският буркан е първата практическа форма на това, което днес наричаме кондензатори или кондензатори. Основните части са:

• вътрешен проводник (например пирон през тапата или метално фолио от вътрешната страна);
• диелектрик — стъклото на бутилката, което не провежда ток;
• външен проводник — метално фолио или просто металната ръка на експериментатора, която покрива частично или напълно външната повърхност и е често заземена.

Когато вътрешният проводник бъде зареден с електричество, в стъклото между вътрешната и външната обвивка се установява електрично поле, в което се съхранява енергия. Количеството зареден заряд и енергията, които могат да се натрупат, се определят от капацитета на системата — при прост обзор: енергията, която се съхранява, е приблизително 1/2 C V^2, където C е капацитетът, а V — напрежението между вътрешния и външния проводник.

Кратка история и откриване

Първият експериментален буркан за съхранение на електрическа енергия е създаден от дякон Едвард фон Клайст на 11 октомври 1745 г. Той е декан на катедралата в Камин в Померания, на северния бряг на Германия (по това време отделна държава). Интересувал се дали статичното електричество може да бъде „уловено“ в бутилка, тъй като знаел, че електричеството не преминава през стъкло. Разполагал само с малък експериментален генератор на триене.

Фон Клайст подценил многократно колко заряд може да побере малка стъклена бутилка. Важна особеност е, че ако външната страна на бутилката има електропроводима повърхност, свързана със земята (или просто държана в ръката на човек), това позволява да се неутрализира част от напрежението и да се натрупа по-голям заряд във вътрешността. В експеримента на фон Клайст тази електропроводима връзка била ръката му — през нея зарядът се балансирал, и чрез пирон в тапата в бутилката влязъл значителен заряд.

Когато по-късно той случайно докоснал пирона, получил толкова силен удар, че бил хвърлен през стаята. Много бързо се стигнало до разпространение на описанията на устройството — едно такова описание било изпратено до учени в Берлин, а копие намерило пътя си до Андреас Кунеус и по-нататък — в ръцете на Питер ван Мушенбрук, главен професор по физика в университета в Лайден. Ван Мушенбрук също извършил опити и установил, че бурканът работи по-добре, когато се държи в ръка; в резултат на това устройството станало известно като „Лайденски буркан“.

Откритието е независимо и почти едновременно повторено от няколко изследователи (най-известно е сътресението между приноса на фон Клайст и този на ван Мушенбрук около 1745–1746 г.), което довело до ценни дискусии и по-нататъшни експерименти за естеството на електричния заряд и ролята на проводниците и диелектрика.

Значение и влияние

В продължение на десетилетия Лайденският буркан бил основният инструмент за съхранение на електрическа енергия в лабораторните експерименти и демонстрации. С негова помощ учените изучавали природата на заряда, разрядите (искри), законите за привличане и отблъскване, както и поведението на електричното поле. Тези изследвания били важна стъпка към формулирането на понятия като капацитет и към развитието на електротехниката.

По-късно, с появата на химическата батерия и на електрическите генератори, способни да доставят непрекъснат ток при по-големи токови и енергийни стойности, нуждата от Лайденските буркани за практическо съхранение на енергия намалява. Въпреки това концепцията за съхранение на заряд в две проводящи повърхности, разделени от диелектрик, остава основата на всички съвременни кондензатори.

Безопасност и демонстрации

Експериментите с Лайденски буркани често водели до внезапни, болезнени и понякога опасни разряди. Исторически има сведения за силни удари върху хора и животни — затова и още днес при демонстрации се вземат предпазни мерки: изключване на хора от веригата, използване на изолирани инструменти и контролирани разрядни пътища. Не се препоръчва да се опитват подобни експерименти без подходящ опит и оборудване.

Съвременен контекст

Лайденският буркан е непосредственият предшественик на съвременните кондензатори — дискови, електролитни, керамични и други видове, използвани в електрониката и електротехниката. Модерните кондензатори са конструирани за по-голяма надеждност, предвидимост и безопасност, но основният принцип остава същият: две проводящи повърхности, разделени от диелектрик, които съхраняват енергия във вид на електрично поле. Единицата за капацитет в Международната система ефаряд (F), кръстена в чест на Майкъл Фарадей за приноса му в електростатиката и електрохимията.

Обобщение: Лайденският буркан е исторически първият действително работещ кондензатор — прост, но с голям принос за разбирането и развитието на електричеството. Неговите открития, експерименти и наблюдения положиха основите за по-нататъшното развитие на електротехниката и електрониката.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява бурканът от Лайден?

Въпрос: Кой е изобретил първия буркан за съхранение на електричество?

В: Как фон Клайст създава своето изобретение?

Въпрос: Коя особеност позволява на електричеството да продължи да тече в буркана на Лайден?

Въпрос: Кой дава името на това изобретение "Leyden Jar"?

Въпрос: Колко дълго това изобретение остава като основен инструмент за съхранение на електрическа енергия?

Търсене по буква