Лейденская банка представляет собой первый конденсатор, специально разработанный для накопления электрического заряда, который использовался в экспериментах по электричеству в XVIII веке. Этот уникальный прибор получил своё имя в честь Университета Лейдена в Нидерландах, где в 1746 году голландский математик и физик Питер ван Мушенбрук (Мюссенбрук) проводил с ним свои опыты.
Банка, из которой невозможно пить
«Хочу поделиться с вами новым, но ужасающим экспериментом, и настоятельно рекомендую вам не повторять его… Мои исследования были связаны с электрическими силами… Внезапно в правой руке я почувствовал удар такой мощности, что все мое тело задрожало, как от удара молнии. Короче говоря, я думал, что это мой конец…». (Из письма Питера ван Мушенбрука французскому натуралисту и физику Рене де Реомюру в январе 1746 года.).
Лейденская банка была контейнером для хранения статического электрического заряда и его последующего использования по мере необходимости.
Трендовые эксперименты с электричеством и магнетизмом
Середина XVIII века ознаменовала собой период активных экспериментов с электричеством и магнетизмом в Европе. Образованные ученые, а также представители различных слоев общества были очарованы этим захватывающим новым явлением.
Эксперименты со статическим электричеством, электростатическими машинами и лейденскими банками стали очень популярными, и многие из используемых приборов сохранились в школьных кабинетах физики до наших дней.
Исторически так сложилось, что первым намеренно спроектированным резервуаром для электрического заряда была лейденская банка – устройство, которое накапливает статическое электричество между электродом на внешней поверхности стеклянного контейнера и вторым электродом внутри контейнера. Это устройство было близко в принципе, но не по конструкции, к сегодняшнему конденсатору (смотрите - Эволюция конденсаторов).
Изобретение лейденской банки было вдохновлено тогдашним представлением о природе электричества – нематериальной субстанции, «невесомой» жидкости. Логично было желание собрать эту субстанцию в «бутылку» или «банку», хотя технически это был высоковольтный электролитический конденсатор емкостью от нескольких сотен до тысяч пФ и максимальным рабочим напряжением в несколько десятков киловольт.
В то время изобретательные эксперименты с электричеством завоевали сердца людей по всей Европе.
В 1746 году Жан-Антуан Нолле, французский священник и физик, разрядил батарею лейденских бутылок в присутствии короля Людовика XV, пропустив статическое электричество через цепочку из 180 королевских гвардейцев, держащихся за руки. То, что все солдаты одновременно подпрыгнули после удара током, было встречено смехом присутствующих лордов.
Нолле также соединил длинную линию из семисот картезианских монахов в монашеских одеждах, позволив им испытать потрясение, которое они никогда не забудут.
Множество изобретателей
Как и в случае с рождением многих других важных открытий и изобретений, невозможно однозначно определить, кто на самом деле имеет приоритет.
В Прусской Померании настоятель кафедрального собора в Каммине, немецкий священник и натуралист Эвальд Юрген Георг фон Клейст во время одного из экспериментов осенью 1745 года, хотя и осознавал важность своих знаний, дал письменный отчет об этом лишь нескольким крупным ученым в Германии. Печатный отчет о его экспериментах был опубликован только в 1746 году в Geschichte der Erde.
Вторым первооткрывателем стал голландский физик, химик и математик, педагог, пионер идей Ньютона и конструктор научных приборов Петрус (Питер) ван Мюшебрук, профессор Лейденского университета. Его сообщение в качестве члена-корреспондента было прочитано в январе 1746 года в Парижской академии наук физиком и натуралистом Рене Реомюром.
Согласно некоторым источникам, к аналогичному выводу в том же году пришел шотландский монах-бенедиктинец Эндрю Гордон.
Один из первых вариантов лейденской бутылки также создал Георг Маттиас Бозе, профессор натурфилософии Виттенбергского университета. Помимо серьезных исследований, он также участвовал в демонстрации небывалой мощи электричества, которое, судя по всему, было очень популярно в то время.
Его «шедевром» стал очень популярный электрический поцелуй, в котором привлекательную молодую женщину попросили встать на смоляной циновке. На нем она слегка электризовалась электричеством трения, т.е. простым генератором электрического заряда. После этого мужчин в зале попросили попросить добровольца поцеловать даму. В момент прикосновения пара испугалась внезапного электрического разряда.
В конце концов, однако, приоритет изобретения остался в сознании широкой публики, именно в Лейдене.
Устройство лейденской банки
Изобретение лейденской банки было, пожалуй, величайшим достижением в изучении электричества и магнетизма в XVIII веке. Он играл важную роль во многих экспериментах с первых дней исследований электричества.
В первоначальном виде она представляла собой стеклянную емкость, наполненную водой или ртутью, в которую вводилась металлическая проволока, проходящая через пробку. Вода образовывала один электрод конденсаторов, стекло служило диэлектриком. Вторым электродом была рука, держащая бутылку во время экспериментов.
Вскоре ее конструкция была изменена английскими учеными Дж. Бевисом и У. Уотсоном. Внешняя и внутренняя поверхности стеклянного сосуда были покрыты токопроводящим материалом, и стекло продолжало служить диэлектриком, разделяющим две наклейки. От внутренней наклейки через горлышко бутылки выходил провод, заканчивающийся металлическим шариком.
Лейденские банки обычно заряжались электростатической индукцией. Позже было обнаружено, что стеклянный сосуд на самом деле вообще не нужен, и что электрический заряд также может храниться двумя проводящими пластинами, разделенными вакуумом.
Подробно про устройство лейденской банки смотрите здесь: Лейденская банка - первый электрический конденсатор
Питер ван Мушенбрук
Питер ван Мушенбрук (Миссенбрук) (14 марта 1692 г. - 19 сентября 1761 г.)
Он родился и умер в Лейдене (Нидерланды), где его уважаемая семья (отец, дядя и брат) производила различные физические приборы (микроскопы, телескопы, насосы, манометры, термометры). С 1708 года учился в латинской школе, а затем в университете в родном городе.
Питер ван Мушенбрук был необычайно образован, говорил по-гречески, по-латыни, по-французски, по-английски, по-немецки, по-итальянски и по-испански.
В 1715 году он получил степень магистра медицины, затем отправился в Лондон, где посещал математические и физические лекции Исаака Ньютона и Ж. Т. Десалье.
С 1719 по 1723 год он был профессором математики и физики (затем натурфилософии) в Дуйсбурге, Германия, а в 1721 году он также был назначен профессором медицины. В 1731 году он отклонил приглашение Копенгагенского университета и предпочел пост профессора астрономии в Утрехте.
В течение многих лет он сотрудничал с немецким физиком, самоучкой и производителем термометров Д. Г. Фаренгейтом. В 1739 году он принял предложение стать профессором математики и экспериментальной физики в Лейденском университете, где оставался до самой смерти.
Эксперименты не ограничивались электричеством
Помимо изучения электричества и магнетизма (он впервые систематически наблюдал шаровые молнии, явление до сих пор не полностью объясненное, несмотря на наличие экспериментальных доказательств его существования и ряд теоретических моделей для его интерпретации), он занимался и другими областями науки.
В 1725 году он создал металлический термометр (пирометр), основанный на расширении металлов (использовались медь и сталь). Удлинение или укорачивание металлического стержня передавалось на индикатор с помощью рычажного механизма.
Питер ван Мушенбрук был одним из первых, кто начал проводить эксперименты с различными твердыми телами, уделяя особое внимание их свойствам.
Он писал свои книги на латинском языке («Institutiones physicae», «Experimantalis Compendium physicae», «Tentamina Experimentorum» и др.). Его работа «Elementa Physica» (1726) была переведена на пять языков и сыграла важную роль в распространении философских взглядов Ньютона по всей Европе.
Ван Мушенбрук был членом Королевского научного общества в Лондоне (с 1734 года) и Французской академии наук, а также членом научных обществ в Монпелье, Берлине и Стокгольме. В 1754 году он был назначен почетным профессором Российской императорской академии наук в Санкт-Петербурге.
Смотрите также: Первые электростатические машины - от серного шара Герике до генератора Вимшурста
Андрей Повный