Стакан не для чая, а для электричества!
Этот экспонат в Музее-лаборатории Е.К. Завойского часто привлекает внимание наблюдательных посетителей и служит неизменным поводом для шуток, если посетители не избалованы знаниями физики. Речь идёт о батареи из четырёх лейденских банок, стоящих на старинном письменном столе, вместе с личными предметами и фотографиями учёного-физика.
«Это для заваривания чая? – осторожно спрашивают посетители, указывая на них, и тут же добавляют, – А зачем ему сразу четыре стакана? Завойский так сильно любил чай?»
Такие вопросы всегда вызывают улыбку. Лейденские банки, действительно, напоминают современные заварочные чайники-стаканы. Вот только они не для чая, а для электричества. Эта новость ещё больше вызывает удивление, после чего следует безобидное разъяснение о том, как в таких банках может находится электричество. Вот тут начинается интереснейшая история.
Лейденская банка, является первым в мире конденсатором. Её изобрели в XVIII веке, в эпоху активного изучения природы электричества, способов его приручения и использования. Единственно верным способом получить его тогда – это получение статического электричества, путём натирания шерстяными лоскутами или сухими руками стеклянных сфер или медных шаров покрытых серой. Эффект от такого наэлектризованного шара был только внешний: он искрился и светился в темноте, а также мог причинить человеку неприятные ощущения от прикосновения к нему, «которые до некоторой степени могут быть уподоблены грому и молнии» - писал в 1708 году английский учёный Уильям Уолл после подобного эксперимента.
Спустя двадцать лет ещё один англичанин Стивен Грей (1729 г.) обнаружил, что электричество может перемещаться по предметам, но только не по всем. То есть, им были выявлены проводники электричества и материалы его не проводящие (сейчас их называют диэлектриками или изоляторами). Грей сравнил электричество с «невесомой жидкостью, которая перетекает без видимого движения материи». А если это так, то почему бы её не «налить» в какую-нибудь ёмкость подобно воде и хранить там?
Тогда уже было известно, что через стекло электричество не проходит. Вот и решено было для хранения электричества использовать стеклянную банку. Такая идея в 1745 году пришла одновременно немецкому физику Юргену фон Клейсту и голландцу Андреасу Кюнеусу.
Электрические заряды, генерируемые при натирании руками вращающегося серного шара, перетекали через прислонённую к нему железную цепь и железный стержень, подвешенный на шёлковых нитях, в банку с водой. Известно, что, когда Кюнеус хотел достать входящий в банку медный стержень, получил ощутимый удар током, сопровождаемый искрами и треском.
Подробно ознакомившись с этим опытом, профессор Лейденского университета Питер ван Мушенбрук, сообразил, что критически важным в нём был тот факт, что экспериментатор держал банку за наружную её часть в руке во время накопления электричества. Вот тогда он и предложил первый прообраз внешней обкладки банки, заменив руку экспериментатора на свинцовую фольгу. В течение следующего года (1746 г.) после первоначального понимания природы электрического заряда, дальнейшая разработка «электрической банки» привела к новому явлению - разделения и хранения заряда на двух поверхностях банки (внутри и снаружи), когда две металлические фольги разделены слоем стекла (стенкой банки). Внутри образовывался положительный заряд, снаружи – отрицательный. Чтобы разрядить «банку», нужно было одним концом металлической дуги коснуться внешней стенки, а другим концом – стального стержня с шариком на конце, торчащего из неё. Между концом дуги и стержнем проскакивала искра и слышался треск. Как тогда, при эксперименте Уильяма Уолла, только без боли. Поскольку такая банка для хранения электричества впервые была успешно применена в университете голландского города Лейдена, то и стала она с тех пор называться «Лейденской банкой», ставшей первым в мире конденсатором, заложившим основы для развития конденсаторных технологий в последующие века.
Интересно, что первым прибором, самостоятельно сконструированным любознательным мальчишкой Женей Завойским в 1915 году, была пара «лейденских банок», сделанных из бутылок по рисункам из детской энциклопедии А.П. Нечаева «Чудеса без чудес». С их помощью юный физик демонстрировал в темноте огромные искры, чем вызывал восторг и удивление у всех членов семьи.
А вы говорите, чай пил?!
Ставцев Е.М., заведующий Музеем-лабораторией Е.К. Завойского.