莱登罐

莱登罐（或Leidenjar，或古老的，有时是Kleistianjar）是一种电子元件，可在玻璃罐内部和外部的电导体之间存储高压电荷（来自外部源）。它通常由一个玻璃罐组成，金属箔粘合到内外表面，金属端子垂直穿过罐盖以与内箔接触。它是电容器（也称为电容器）的原始形式。它的发明是由德国神职人员EwaldGeorgvonKleist于1745年10月11日和荷兰莱顿（莱顿）的荷兰科学家PietervanMusschenbroek于1745-1746年独立发现的。该发明以城市命名。莱顿罐曾被用于进行许多早期的电学实验，它的发现对静电学的研究具有根本意义。它是xxx种积累和保存大量电荷的方法，可以根据实验者的意愿放电，从而克服了早期导电研究的重大限制。Leydenjars仍然在教育中用于展示静电学的原理。

古希腊人已经知道，琥珀经过摩擦可以吸引轻质颗粒。琥珀因摩擦起电效应、电介质材料中电荷的机械分离而带电。希腊语中的琥珀是ἤλεκτρον(ēlektron)，是电这个词的起源。前苏格拉底哲学家米利都的泰勒斯被认为偶然评论了静电充电现象，因为他相信即使是无生命的东西也有灵魂，因此流行的火花类比。大约在1650年，OttovonGuericke制造了一个粗糙的静电发生器：一个在轴上旋转的硫磺球。当Guericke把手放在球上并快速转动杆身时，会产生静电。这个实验启发了几种形式的摩擦机器的发展，这对电力的研究有很大帮助。Leyden罐子实际上是由两方独立发现的：xxx个发现的德国执事EwaldGeorgvonKleist和荷兰科学家PietervanMusschenbroek和AndreasCunaeus，他们发现只有拿在手中才能发挥作用。Leyden罐是一种高压装置；据估计，早期的莱顿罐最多可以充电到20,000到60,000伏。中心棒电极的末端有一个金属球，以防止电晕放电将电荷泄漏到空气中。它首先用于静电实验，后来用于高压设备，如火花隙无线电发射器和电疗机。

埃瓦尔德·格奥尔格·冯·克莱斯特(EwaldGeorgvonKleist)在将电视为流体的理论下工作时发现了莱顿罐的巨大存储能力，并希望装满酒精的玻璃罐能捕获这种流体。他是波美拉尼亚卡明大教堂的执事，该地区现在被德国和波兰瓜分。1745年10月，冯克莱斯特试图在一个装满酒精的小药瓶中蓄电，并用钉子插入软木塞。他正在跟进GeorgMatthiasBose开发的一项实验，在该实验中，电力已通过水传送以点燃酒精。他试图用悬挂在他的摩擦机器上方的大型主导体（由Bose发明）为瓶子充电。VonKleist知道玻璃会阻碍液体的逸出，因此确信可以在其中收集和保存大量电荷。当他的另一只手仍然抱着瓶子时，不小心将钉子穿过软木塞，他受到了装置的严重冲击。从1745年11月到1746年3月，他在几封信中将他的结果传达给了至少五位不同的电学实验者，但直到1746年4月，他才收到任何确认他们重复了他的结果。波兰立陶宛物理学家丹尼尔格拉拉斯了解了冯克莱斯特的实验从看到冯克莱斯特写于1745年11月写给保罗斯威特里奇的信。在格拉拉斯在1745年12月xxx次尝试复制实验失败后，他写信给冯克莱斯特以获取更多信息（并被告知如果使用半满酒精的试管，实验会更好）。Gralath（与GottfriedReyger合作）于1746年3月5日成功获得预期效果，一只手拿着一个里面有钉子的小玻璃药瓶，将其靠近静电发生器，然后将另一只手靠近指甲。VonKleist不明白他的导电手握住瓶子的重要性——当被告知电击可能会将他们扔到房间的另一端时，他和他的记者都不愿意握住这个设备。vonKleist在Leyden的学生同事花了一些时间才发现手是必不可少的元素。Gralath（与GottfriedReyger合作）于1746年3月5日成功获得预期效果，一只手拿着一个里面有钉子的小玻璃药瓶，将其靠近静电发生器，然后将另一只手靠近指甲。VonKleist不明白他的导电手握住瓶子的重要性——当被告知电击可能会将他们扔到房间的另一端时，他和他的记者都不愿意握住这个设备。vonKleist在Leyden的学生同事花了一些时间才发现手是必不可少的元素。Gralath（与GottfriedReyger合作）于1746年3月5日成功获得预期效果，一只手拿着一个里面有钉子的小玻璃药瓶，将其靠近静电发生器，然后将另一只手靠近指甲。VonKleist不明白他的导电手握住瓶子的重要性——当被告知电击可能会将他们扔到房间的另一端时，他和他的记者都不愿意握住这个设备。vonKleist在Leyden的学生同事花了一些时间才发现手是必不可少的元素。然后将另一只手靠近指甲。VonKleist不明白他的导电手握住瓶子的重要性——当被告知电击可能会将他们扔到房间的另一端时，他和他的记者都不愿意握住这个设备。vonKleist在Leyden的学生同事花了一些时间才发现手是必不可少的元素。然后将另一只手靠近指甲。VonKleist不明白他的导电手握住瓶子的重要性——当被告知电击可能会将他们扔到房间的另一端时，他和他的记者都不愿意握住这个设备。vonKleist在Leyden的学生同事花了一些时间才发现手是必不可少的元素。

莱顿罐的发明长期以来归功于莱顿大学的物理学教授PietervanMusschenbroek，他还经营着一家铸造黄铜大炮的家庭铸造厂，以及一家为新的大学物理课程和为热衷于建立自己的好奇心和仪器“柜”的科学绅士开设的课程。埃瓦尔德·冯·克莱斯特（EwaldvonKleist）首先使用流体类比来表示电流，并通过用手指从水中汲取火花向Bose展示了这一点。像vonKleist一样，Musschenbroek也对Bose的实验感兴趣并试图重复。在此期间，律师AndreasCunaeus从Musschenbroek那里得知了这个实验，并试图在家里用家居用品复制这个实验。库内乌斯不知道杜法的规则，即实验装置应该是绝缘的，他一边充电，一边把罐子拿在手里，因此xxx个发现这样的实验装置可以产生剧烈的冲击。他向Musschenbroek的同事、瑞士-荷兰自然哲学家Jean-Nicolas-SebastianAllamand报告了他的程序和经历。Allamand和Musschenbroek也受到了严重的冲击。Musschenbroek在1746年1月20日给法国昆虫学家RenéAntoineFerchaultdeRéaumur的一封信中传达了这个实验，他就是Musschenbroek。被任命为巴黎学院的通讯员。让-安托万·诺莱神父阅读了这份报告，确认了实验，然后在1746年4月的巴黎学院公开会议上阅读了Musschenbroek的信（从拉丁文翻译成法文）。Musschenbroek在法国销售其公司的“橱柜”设备的渠道是AbbéNollet（他于1735年开始制造和销售复制乐器）。诺莱特随后将这种蓄电装置命名为莱顿罐，并将其作为一种特殊类型的烧瓶推销给对科学充满好奇的富人市场。Kleistian罐子因此被提升为Leyden罐子，并且是由PietervanMusschenbroek和他的熟人AndreasCunaeus发现的。然而，Musschenbroek从未声称它是他发明的，有些人认为提到Cunaeus只是为了减少对他的信任。

在Musschenbroek报告如何可靠地制造Leyden罐后的几个月内，其他电气研究人员开始制作并试验他们自己的Leyden罐。他表达的最初兴趣之一是看看是否可以增加可能的总费用。约翰·海因里希·温克勒(JohannHeinrichWinckler)在1746年5月29日给英国皇家学会的一封信中报告了他xxx次使用莱顿罐的经验，他于1746年7月28日将三个莱顿罐连接到一种静电电池中。1746年，阿贝·诺莱(AbbéNollet)表演了两场启迪法国国王路易十五的实验，在xxx次实验中，他通过180名皇家卫兵释放了一个莱顿罐，在第二次实验中，通过了更多的卡尔特会修士；所有人都或多或少同时跳到空中。国王和实验对象的意见都没有被记录下来。DanielGralath在1747年报告说，他在1746年进行了连接两个或三个罐子的实验，可能是串联的。1746-1748年，本杰明·富兰克林尝试将莱顿瓶串联充电，并开发了一个系统，该系统包括11块玻璃板，每侧都粘有薄铅板，然后连接在一起。他在1749年写的一封关于他在1748年的电气研究的信中使用了“电池”这个词来描述他的静电电池。富兰克林选择“电池”这个词可能是受到了他在信结尾处幽默文字游戏的启发，他写道，其中其他事情，关于从一连串枪中向电气研究人员致敬。这是术语“电池”的首次使用记录。在1746-1748年期间，连接莱顿罐的多种快速发展导致二手文献中关于谁通过连接莱顿罐制造了xxx个电池的各种不同的说法，无论它们是串联还是并联，以及谁首先使用了电池这个术语。该术语后来用于多个电化学电池的组合，即电池一词的现代含义。瑞典物理学家、化学家和气象学家托伯恩·伯格曼将本杰明·富兰克林的大部分电学著作翻译成德语，并继续研究静电特性。从1756年末开始，弗朗茨·埃皮努斯（FranzAepinus）在与约翰·威尔克（JohanWilcke）合作和独立工作的复杂互动中，通过使用空气而不是玻璃作为电介质，开发了一种空气冷凝器，这是莱顿罐的一种变体。这种没有玻璃的功能装置给本杰明富兰克林对莱顿罐的解释带来了问题，后者坚持认为电荷位于玻璃中。从18世纪后期开始，它被用于维多利亚时代的电疗医学领域，通过电击治疗各种疾病。到19世纪中叶，莱顿罐已经变得足够普遍，以至于作家们认为他们的读者知道并理解它的基本操作。大约在世纪之交，它开始广泛用于火花隙发射器和医用电疗设备。到20世纪初，改进的电介质以及减小其尺寸以及用于无线电新技术的不需要的电感和电阻的需要导致莱顿罐演变为现代紧凑形式的电容器。

典型的设计包括一个玻璃罐，其内外表面均涂有导电锡箔。箔涂层在罐口附近停止，以防止电荷在箔之间产生电弧。一根金属棒电极穿过罐口处的非导电塞子，通过某种方式（通常是挂链）与内箔电连接，以使其充电。罐由连接到内电极的静电发生器或其他电荷源充电，而外箔接地。罐子的内表面和外表面存储相等但相反的电荷。该设备的原始形式只是一个部分装满水的玻璃瓶，一根金属丝穿过软木塞将其封闭。外板的作用由实验者的手提供。很快，约翰·贝维斯（在1747年）发现可以在罐子的外部涂上金属箔，他还发现使用两面都有金属箔的玻璃板可以达到同样的效果。这些发展启发了威廉·沃森（WilliamWatson）在同年制作了一个内外衬有金属箔的罐子，从而减少了水的使用。早期的实验者（如1746年的本杰明威尔逊）报告说，电介质越薄，表面越大，可以积累的电荷就越大。静电学的进一步发展表明介电材料不是必需的，但增加了存储能力（电容）并防止了板之间的电弧。即使在真空中，相隔一小段距离的两块板也可以用作电容器。

最初认为电荷储存在早期的莱顿罐中的水中。该演示的xxx个记录实例是富兰克林1749年的一封信。富兰克林设计了一个可解剖的莱顿罐（右），被广泛用于演示。这个罐子是由一个玻璃杯构成的，它嵌套在两个相当贴合的金属杯之间。当罐子充上高压电，小心拆开时，发现罐子不放电，所有部件都可以随意拿取。如果重新组装零件，仍然可以从中获得大火花。该演示似乎表明电容器将电荷存储在其电介质内。整个1800年代都在教授这一理论。但是，这种现象是莱顿瓶上的高压造成的特殊效果。在可分解的莱顿罐中，当罐子被拆卸时，电荷通过电晕放电转移到玻璃杯的表面；这是重新组装罐子后剩余电荷的来源。在拆卸时处理杯子并不能提供足够的接触来去除所有表面电荷。钠玻璃具有吸湿性，并在其表面形成部分导电涂层，从而保持电荷。Addenbrooke(1922)发现，在一个由石蜡或经过烘烤以去除水分的玻璃制成的可分解罐中，电荷仍保留在金属板上。

最初，假设玻璃的合理标准厚度和成分，电容的量以给定尺寸的“罐子”数量或通过总涂层面积来测量。一品脱尺寸的典型Leyden罐具有大约1nF的电容。

如果一个带电的莱顿罐通过短接内外涂层放电并静置几分钟，该罐将恢复其先前的一些电荷，并且可以从中获得第二次火花。这通常可以重复，并且可以间隔获得一系列4或5个火花，长度逐渐减小。这种效应是由介电吸收引起的。