Физика. «Мушенброкова машина», или лейденская банка.

Электрофорная машина – самый удивительный прибор из демонстрационного оборудования школьного кабинета. Возникающие мощные электрические искры связаны со способностью конденсаторов быстро накапливать и отдавать значительный электрический заряд (энергию).

Именно возможность получать мощные электрические разряды заставила ученых XVIII в. обратить внимание на лейденскую банку – простейший конденсатор.

Существует много версий того, как возникла «мушенброкова машина» (такое название дал М.В.Ломоносов). Вот одна из них : «В 1745 г. немецкий каноник Эвальд Юрген фон Клейст, пытаясь, по-видимому, изготовить себе электризованную воду, которая считалась полезной для здоровья, и независимо от него лейденский физик Мушенбрук, продев в горлышко банки с водой гвоздь, дотронулись им до проводников электрической машины; затем, прервав контакт, они притронулись другой рукой к гвоздю и испытали очень сильный удар, вызвавший онемение руки и плеча, а у Мушенбрука даже “все тело содрогнулось, как от молнии”» (рис.).

ЛЕЙДЕНСКАЯ БАНКА, конденсатор цилиндрической формы постоянной емкости; состоит из цилиндрического стеклянного сосуда (банки), внутренняя и наружная поверхности которого покрыты фольгой (обкладки конденсатора), не доходящей до отверстия банки приблизительно на 1/4 высоты .

Металлический стержень, проходящий через горло банки, соприкасается с внутренней обкладкой банки при посредстве гибкой проволоки или цепочки. Шарик, которым заканчивается стержень, является одним из полюсов конденсатора; наружная обкладка - другой его полюс. Емкость лейденской банки может быть приближенно вычислена по общей формуле технических конденсаторов:

где ε - диэлектрическая постоянная стекла, S - средняя величина (в см²) поверхностей обкладок, d - средняя толщина (в см) стенки, или, лучше, по специальной формуле (для цилиндрических конденсаторов):

где I - длина лейденской банки, а r - внутренний радиус ее; предполагается, что l > r > d. Емкость лейденской банки незначительна - не больше 15000 см. Для получения больших емкостей лейденские банки соединяются в батареи. Лейденской банки в состоянии выдержать значительную разность потенциалов на своих обкладках - порядка нескольких десятков тысяч вольт (V). Недостаток лейденской банки: незначительная емкость, при сравнительно больших размерах занимаемого места, и хрупкость.

Лейденская банка была изобретена в 1745 году в г. Лейдене (отсюда ее название). Долгое время она была очень распространенной формой конденсаторов.