Лейденская банка

Заряд статического электричества возникает при появлении в объекте избытка или дефицита электронов, а искры проскакивают при обмене электронами, которые стремятся к равновесию. (Ток — это постоянное движение электронов.) Но в XVIII веке люди находили достаточным объяснение, что электростатика вызывается «флюидами», которые просто заполняют объем тела.

Электростатические генераторы, такие как серный шар Отто фон Герике в 1660-е годы и стеклянная сфера Фрэнсиса Хоксби в 1700-е, были просто «фрикционными машинами», где за счет трения флюиды вырывались из одного тела и переходили в другое. Чтобы получить из такой машины одну безобидную искорку, требовались значительные физические усилия, так что интерес к ним был лишь как к новинкам.

В 1740-х годах на вечеринках был популярен трюк «электрический поцелуй». Целующаяся парочка при соприкосновении буквально давала искру, поскольку один из партнеров был электрически заряжен. Если хотели дать более мощную искру, то заряжались сильнее. Но что могло собрать больше электрических флюидов, чем банка?

Фон Клейст использует свои руки как проводники, чтобы зарядить прототип лейденской банки. Разумеется, его слегка бьет током. Дальнейшее развитие лейденской банки показало, что она так же прекрасно работает и без воды

Опасные опыты

В 1745 году немецкий ученый Эвальд Юрген фон Клейст покрыл внутреннюю часть стеклянной банки серебряной фольгой и налил воды. Он проверял идею заряжать воду через контакт электростатического генератора. Идея оказалась неудачной, но не без пользы для науки. Когда ученый прикоснулся к фольге рукой, он получил сильнейший и, без сомнения, опасный электрический удар. Но Клейст выжил и сообразил, что его банка определенно способна сохранять электричество. Но что с ним делать?

Похожий прибор в том же 1745 году построили голландский изобретатель Питер ван Мушенбрук и его ученик Кюнеус в Лейдене. (Кстати, у Мушенбрука и Клейста был общий наставник.) Мушенбрук продемонстрировал свою банку ученым в Лейденском университете, и прибор был назван лейденской банкой. В дальнейшем эта банка претерпела ряд усовершенствований: фольгой выстилалась не только внутренняя поверхность, но и наружная, причем горловина банки оставалась не закрытой фольгой. В опытах с электричеством внешняя фольга непосредственно касалась рук экспериментатора, который сам был «электрической емкостью» этого первого конденсатора.

Лейденская банка действительно была первым электрическим конденсатором — устройством, которое состоит из двух проводящих пластин и собирает электроны. Пластины (листы фольги) разделены между собой изолятором (стеклом), как и в современных конденсаторах. Как только одна пластина (внутренняя фольга) получает электрический заряд, другая (внутренняя пластина или рука) приобретает тот же по величине и противоположный по знаку заряд. Если эти две пластины соединить, разница в зарядах исчезнет.

Если обратиться к самому Бенджамину Франклину, то этот американский государственный деятель сумел доказать, что молния состоит из тех же самых «флюидов электричества», только они накапливаются в тучах. Он собирал электрический заряд с помощью воздушного змея на проводящей нити, и в конце концов искра проскочила между нитью и кольцом на его пальце! Франклин попробовал зарядить этой нитью и стеклянную емкость (иногда пишут, что это была лейденская банка). Проводил ли он на самом деле этот очень опасный эксперимент или нет, до сих пор остается загадкой.

Современные конденсаторы имеют такие большие площади поверхности, что дают не просто искру, а настоящий электрический ток (правда, на короткое время). Лейденская банка собирает чуть больше электричества, чем нужно для большой искры, однако и эта искра слишком скоротечна, чтобы говорить об электротоке. Но спустя 55 лет будут изобретены химические батареи, которые дадут первый электрический ток. Меж тем само слово «батарея» было изобретено Бенджамином Франклином во времена лейденских банок, поскольку батареи этих соединенных между собой банок напоминали ему батареи пушек.

Флюиды из стекла и резины

В 1730-х годах французский физик Шарль Франсуа Дюфе обнаружил, что существует два вида электрических флюидов. Те, которые присутствуют в веществах, похожих на янтарь (их назвали «резиноподобными»), и те, которые присутствуют в стекле (соответственно «стеклоподобные»). Однотипные друг от друга отталкиваются, а разнотипные — притягиваются. В наши дни они получили известность как отрицательные и положительные заряды.