Leydeni edény (Leideni palack) – az első kondenzátor és tárolóeszköz
A Leydeni edény (vagy Leideni palack) a statikus elektromosság tárolására szolgáló korai eszköz. Gyakran egy nagy üvegpalackból állt, amelyet belülről és kívülről is fémfóliával vagy más vezetőréteggel béleltek; néhány korai példány belsejében vizet tartottak. A működése lehetővé tette a kísérletező számára, hogy viszonylag nagy mennyiségű töltést gyűjtsön össze és ideiglenesen megtartson.
Felépítés és működés
A Leydeni edény két, egymással elektromosan elszigetelt vezetőből áll: egy belső és egy külső vezetőrétegből, amelyek közé az üveg mint dieelektrikum beékelődik. A belső vezető jellemzően egy középen elhelyezett szeg vagy rúd, a külső pedig a palack külső felületére ragasztott fémfólia vagy lemez. Töltést akkor gyűjtenek az edénybe, amikor a belső vezetőt egy töltésforráshoz (például súrlódási generátorhoz) csatlakoztatják, míg a külső vezetőt általában földelik vagy a kísérletező érinti.
A tárolt töltés mennyisége az edény kapacitásával arányos, amelyet nagyban befolyásol a belső és a külső vezető felülete, az üveg vastagsága és dielektromos állandója. Egyszerűsítve: minél nagyobb a felület és minél vékonyabb/hatékonyabb az üveg a dielektromos szempontból, annál nagyobb a kapacitás. A modern szóhasználatban ezeket az eszközöket ma kondenzátorok vagy kondenzátorok néven ismerjük.
Történet és felfedezés
Az első ismert elektromos tárolóedényt Ewald von Kleist készítette 1745. október 11-én. Von Kleist, aki a német északkeleti partvidéken, Pomerániában található Cammin székesegyházának dékánja volt, azon töprengett, vajon a statikus elektromosság milyen módon tartható meg üvegben, mivel aztán úgy gondolták, az üveg nem vezeti át az elektromosságot. Csak egy kis kísérleti súrlódási generátor állt rendelkezésére, de ennek ellenére sikerült feltöltenie egy gyógyszeres üveget.
Von Kleist eredményeit titkosított leírásban elküldte néhány berlini munkatársának és egy példányt továbbított régi egyetemi társának, Andreas Cunaeusnak. Ennek a leírásnak egy másolata eljutott Pieter van Musschenbroekhez, a Leydeni Egyetem egyik vezető fizikaprofesszorához, aki függetlenül hasonló eredményekre jutott. A Leidenben végzett demonstrációk és levelezés nyomán az eszközt hamarosan "Leydeni edénynek" nevezték el.
Tudományos és gyakorlati jelentőség
- Kísérleti eszköz: A Leydeni edény nélkülözhetetlen volt a 18–19. századi elektromosságkutatásban: lehetővé tette a nagyobb töltések előállítását és vizsgálatát, így segítette a villamos jelenségek jobb megértését.
- Demonstrációk: Sok híres kísérletben, köztük ívkisülések és elektromos kisülések vizsgálatában alkalmazták, illetve tömeges bemutatóeszköz volt az iskolai és tudományos előadásokon.
- Fejlődés a kondenzátorok felé: A Leydeni edény alapelve — két vezető közé elválasztó anyag beiktatása — közvetlen előfutára a ma használatos kondenzátoroknak. Az eszköz fejlődése végül a modern, szabványosított, sokféle anyagból készült kondenzátorokhoz vezetett.
- Skálázhatóság: Több palack sorbakapcsolásával nagyobb energiát lehetett tárolni (Leydeni láncok), amely lehetővé tette nagyobb kisülések létrehozását.
Biztonság és kockázatok
A Leydeni edény nagyfeszültségű kisüléseket adhat, és a korai kísérletek során többen nagy áramütést kaptak — a feltöltött edény érintése komoly sokkot okozhatott. A történet szerint von Kleist is heves lökést kapott, amikor véletlenül érintkezésbe került a töltött szöggel, és a töltés keresztüláramlása jelentős erőhatást eredményezett. Emiatt a kísérletek során mindig ügyelni kell a megfelelő földelésre és a biztonsági előírásokra.
Hatás a modern technikára
Sokáig a Leydeni edény volt az elektromos tárolás fő eszköze, egészen a kémiai akkumulátor és a fejlettebb elektromos generátorok elterjedéséig. Habár mára a mai, sokkal hatékonyabb és megbízhatóbb kondenzátorok váltották fel, a Leydeni edény történelmi szerepe kulcsfontosságú volt az elektromosság korai kutatásában és az elektromos eszközök elvi alapjainak kidolgozásában.
Összefoglalva: a Leydeni edény egyszerű, mégis forradalmi találmány volt, amely megmutatta, hogy az elektromos töltést fel lehet halmozni és később kontrolláltan leadni — ez az alapelv ma is a kondenzátorok működésének alapja.
Korai vízzel töltött Leydeni edény
Később elterjedtebb fémfóliát használó típus, 1919
Kérdések és válaszok
K: Mi az a Leydeni edény?
V: A Leydeni edény (vagy Leideni edény) a statikus elektromosság tárolására szolgáló eszköz. Ez egy nagy üvegpalack, amelyet általában kívül és belül is valamilyen fémfóliával bélelnek. Néhány korai készülékben víz volt, ami lehetővé tette a kísérletezők számára, hogy nagy mennyiségű töltést gyűjtsenek. Ezeket tekintik az elektromos tárolás első formájának.
K: Ki találta fel az első elektromos tárolóedényt?
V: Az első elektromos tárolóedényt Ewald Georg von Kleist alkotta meg 1745. október 11-én. Akkoriban a Németország északi partvidékén fekvő pomerániai Cammin székesegyházának dékánja volt.
K: Hogyan alkotta meg találmányát von Kleist?
V: Von Kleist egy kis kísérleti kristálygenerátort használt, és úgy gondolta, hogy egy üvegben kis mennyiségű statikus elektromosságot tud befogni és tartani, mivel tudta, hogy az elektromosság nem megy át az üvegen. Ezerszeresen alábecsülte, hogy a palack valójában mennyi áramot képes tárolni.
K: Milyen különleges tulajdonság teszi lehetővé, hogy az elektromosság továbbra is a Leyden-üvegbe áramoljon?
V: Az elektromosság sajátossága lehetővé teszi, hogy továbbra is áramoljon a palackba, feltéve, hogy van egy vezető felület a palackban, amely a földdel van összekötve, és amely semlegesíti a töltés által okozott nyomást, amely megpróbál visszaáramolni. Von Kleist esetében ez az elektromosan vezető felület csak a keze volt, de ez elég volt ahhoz, hogy áramütés érje, amikor véletlenül megérintett egy szöget, amelyet a parafa dugóba vertek, és átdobta a szobán.
K: Ki nevezte el ezt a találmányt "Leydeni edénynek"?
V: Pieter van Musschenbroek, aki akkoriban a Leydeni Egyetem fizika professzora volt, felfedezte, hogy a tárolókapacitás jelentősen javul, ha csak a kezünkben tartjuk, és erről a felfedezéséről levelet küldött a francia tudósoknak, innen a "Leydeni üveg" elnevezés.
K. Meddig maradt ez a találmány az elektromosság tárolásának fő eszköze?
V: A Leydeni edény maradt az elektromosság tárolásának fő eszköze egészen a kémiai elemek és a modern generátorok sok évvel későbbi feltalálásáig.
