Темы докладов, страница 274 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

Лейденская банка.

Лейденская банка — это один из первых электрических конденсаторов, изобретённый независимо немецким физиком Эвальдом Юргеном фон Клейстом в 1745 году и голландским физиком Питером ван Мушенбруком в 1746 году в городе Лейден, по имени которого прибор и получил своё название. Это устройство позволяло накапливать значительные по тем временам электрические заряды. Изобретение лейденской банки сыграло ключевую роль в ранних исследованиях электричества.

Конструктивно лейденская банка представляет собой стеклянный сосуд (банку), стенки которого, как изнутри, так и снаружи, покрыты слоем металлической фольги (например, оловянной). Эти два слоя фольги служат обкладками конденсатора. Внешняя обкладка обычно заземляется. Внутренняя обкладка соединена с металлическим стержнем, который проходит через изолирующую пробку или крышку. Стержень оканчивается снаружи металлическим шариком для удобства зарядки и разрядки. Стекло банки выполняет роль диэлектрика, разделяющего обкладки.

Принцип действия лейденской банки основан на явлении электростатической индукции. Для зарядки банки её внешний слой фольги заземляют (например, держа в руке), а к внутреннему стержню подносят заряженное тело или соединяют его с источником высокого напряжения (например, электрофорной машиной). На внутренней обкладке накапливается заряд, например, положительный. Под его действием на внешней обкладке через индукцию наводится равный по модулю отрицательный заряд, в то время как положительный заряд с неё стекает в землю. В результате между обкладками возникает сильное электрическое поле, и в диэлектрике (стекле) накапливается энергия. Разрядка банки происходит при соединении её обкладок проводником, что сопровождается сильной электрической искрой.

Лейденская банка является конденсатором. Её способность накапливать заряд характеризуется величиной, называемой электроёмкостью ($\text{C}$). Для плоского конденсатора, который является хорошей моделью для банки, она определяется формулой: $C = \frac{\varepsilon \varepsilon_0 S}{d}$ где $\varepsilon$ — диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика (стекла), $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная, $\text{S}$ — площадь обкладок, а $\text{d}$ — толщина диэлектрика (толщина стенки банки). Заряд, который может накопить банка, связан с напряжением $\text{U}$ между обкладками соотношением $q = C \cdot U$. Энергия, накопленная в заряженной лейденской банке, рассчитывается по формуле: $W = \frac{C U^2}{2}$ Эта энергия может быть высвобождена практически мгновенно при разрядке.

Изобретение лейденской банки стало прорывом в изучении электричества. Оно позволило учёным XVIII века, таким как Бенджамин Франклин, проводить эксперименты с мощными электрическими разрядами, что было невозможно ранее. Франклин использовал лейденские банки в своих знаменитых опытах, доказывающих электрическую природу молнии. Лейденская банка стала прародителем всех современных конденсаторов, которые являются неотъемлемыми компонентами практически любого электронного устройства.

Ответ: Лейденская банка — это исторически первый конденсатор, представляющий собой стеклянный сосуд с двумя проводящими обкладками из фольги (внутренней и внешней), разделёнными диэлектриком (стеклом). Она служит для накопления электрического заряда и энергии электрического поля. Зарядка происходит путём подачи высокого напряжения на внутреннюю обкладку при заземлённой внешней, а разрядка — путём их соединения, что приводит к мощному искровому разряду. Её изобретение в середине XVIII века позволило совершить качественный скачок в экспериментальном изучении электричества.