История создания конденсатора

История создания конденсатора

История конденсаторов начинается в новаторские времена электричества. Во время открытия конденсатора наше понимание было настолько примитивным, что электричество считалось жидкостью и что оно существовало в двух формах: стекловидное электричество и смолистое электричество. Как вы увидите ниже, все это изменилось в первые годы существования конденсатора.

Конденсатор — это устройство для временного хранения электрического заряда, а его история начинается в 1745 году. В то время одним из способов производства электроэнергии было использование фрикционной машины.

Открытие лейденской банки
Открытие лейденской банки

В 1745-м Эвальд Юрген фон Клейст из Померании (Германия) попробовал хранить электричество в алкоголе, решив, что может перевести электричество по проводнику от генератора в стеклянный медицинский сосуд. Поскольку электричество считалось жидкостью, такой подход выглядел разумным. Он считал, что стекло помешает электрической жидкости убежать из алкоголя. Он делал это примерно так же, как показано на картинке, пропустив гвоздь через пробку и опустив его в алкоголь, держа стеклянную бутылку одной рукой. О важной роли руки он в тот момент не догадывался. Фон Клейст обнаружил, что может получить искру, если прикоснётся к проводу, более мощную, чем если бы он использовал только один генератор.

По другой версии. То, что считается самым первым конденсатором, называлось Лейденская банка или лейденским сосудом (Leyden jar) которая была изобретена Питером ван Мушенбруком в 1746 году в Лейденском университете (или Лейдене) в Голландии. Это была стеклянная банка, завернутая внутри и снаружи тонкой металлической фольгой. Внешняя фольга была соединена с землей, а внутренняя фольга была соединена с источником электричества, таким как электростатический генератор. Хотя то, как это работает, не было понятно в то время, экспериментаторы обнаружили, что лейденский сосуд, казалось, накапливал электрический заряд даже после того, как он был отключен от генератора.

Как и многие ранние электрические устройства, поначалу лейденская банка не имела особого применения, кроме того, что позволяла ученым проводить более разнообразные электрические эксперименты. Например, Бенджамин Франклин использовал лейденские банки для хранения электричества от молнии в своем знаменитом эксперименте с воздушным змеем в 1752 году. Тем самым он доказал, что молния — это действительно электричество. Он также назвал коллекцию из нескольких банок батареей, из-за сходства с батареей орудий.

Батарея Лейденских банок
Батарея Лейденских банок

Примерно в то же время другие эксперименты Франклина показали, что за переноску заряда отвечает лишь одна субстанция, хотя её по-прежнему считали жидкостью – открытию электрона суждено было случиться только в районе 1800 года. Он обнаружил, что в заряженном объекте имеется либо избыток этой «жидкости», либо недостаток. Это опровергло гипотезу о двух видах электричества.

В 1776 году Алессандро Вольта, работая с различными методами измерения электрического потенциала, или напряжения (V) и заряда (Q), открыл, что для заданного объекта V и Q пропорциональны, назвав это “законом ёмкости”. Благодаря этому исследованию единицу напряжения назвали в его честь.

Термин «конденсатор» не использовался до 1920-х. Долгое время их называли конденсорами, и до сих пор называют так в некоторых странах и для некоторых целей [например, у нас – по-английски их зовут «capacitor» от слова «capacity» – «ёмкость» / прим. перев.]. Термин конденсор был предложен Вольтой в 1782 году, и происходил он от итальянского condensatore. Название обозначало возможность устройства хранить большую плотность заряда, чем изолированный проводник.

Удельная индуктивная емкость аппарата Фарадея
Удельная индуктивная емкость аппарата Фарадея

В 1830-х Майкл Фарадей проводил эксперименты, определившие, что материал, находящийся между пластинами конденсатора, влияет на количество заряда, сохраняющегося на пластинах. Он экспериментировал со сферическими конденсаторами – две концентрические металлические сферы, между которыми мог быть воздух, стекло, воск, шеллак (смола) или другие материалы. Используя крутильные весы Кулона, он измерял заряд конденсатора, когда в промежутке между сферами был воздух. Затем, сохраняя напряжение без изменений, он измерял заряд, заполняя промежуток другими материалами. Он обнаружил, что заряд был больше, если вместо воздуха использовались другие материалы. Он назвал это особой индуктивной ёмкостью, и из-за этой его работы единицы ёмкости называют фарадами.

Термин «диэлектрик» впервые был использован в письме от Уильяма Уивела к Фарадею, где он описывал, как Фарадей придумал термин «димагнетик» по аналогии с «диэлекриком», и что наверно нужно было бы использовать термин «диамагнетник», но тогда было бы неудобно использовать термин «диаэлектрик» из-за трёх гласных подряд.

Электрофорная машина (Wimshurst) с лейденскими банками
Электрофорная машина (Wimshurst) с лейденскими банками

Лейденские банки и конденсаторы, изготовленные из плоского стекла и фольги, использовались для искровых передатчиков и медицинской электротерапии до конца 18 века. С изобретением радио конденсаторы стали постепенно принимать современный вид, в основном из-за необходимости уменьшения индуктивности, для работы на высоких частотах. Мелкие конденсаторы делали из гибких листов диэлектрика, таких, как промасленная бумага, часто закрученная, с фольгой с двух сторон.

Поделись

Спасибо!