Leidener Flasche
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Die Leidener oder Kleistsche Flasche (auch Kondensationsflasche) ist die älteste Bauform eines Kondensators.
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Entdeckung
Bei der Leidener Flasche sind Metallbeläge auf der Innen- und Außenseite eines Glasgefäßes (z. B. einer Flasche) angebracht, das Glas stellt den Isolator dar. Leidener Flaschen besitzen eine hohe Spannungsfestigkeit und werden daher vor allem als Kondensatoren für Hochspannung eingesetzt.
Die Leidener Flasche wurde 1745 unabhängig voneinander von dem Physiker Pieter van Musschenbroek in Leiden und dem Domdechanten Ewald Jürgen Georg von Kleist in Cammin (Pommern) erfunden.
Aufbau
Kleist hatte bei Experimenten einen Nagel in eine alkoholgefüllte Flasche gesteckt und an eine Elektrisiermaschine angeschlossen. Beim späteren Herausziehen des Nagels erhielt er einen kräftigen Schlag. Musschenbroek machte eine ähnliche Erfahrung. Verschiedene Gelehrte wiederholten den Versuch und variierten die Anordnung. Johann Heinrich Winckler verlegte den Leiter von der Mitte an die Innenwand der Flasche, umgab sie mit einer Ummantelung aus Metall und experimentierte mit verschiedenen Flüssigkeiten wie Wasser, geschmolzener Butter und Wein. Ihre endgültige Form erhielt die Leidener Flasche 1748 durch die beiden Londoner Ärzte William Watson und John Bevis. Sie verzichteten beide auf die Flüssigkeit und verkleideten die Flaschenwände innen und außen mit Stanniol. Der Danziger Physiker Daniel Gralath verband erstmals mehrere Leidener Flaschen zu einer Reihe und konnte so die Wirkung erhöhen.
Öffentliche Wirkung
Bei den damals beliebten öffentlichen Demonstrationen der Elektrizität wurde auch der "Kleistsche Stoß" vorgeführt, bei dem einer Menschenkette ein Schlag aus einer Leidender Flasche versetzt wurde, wodurch die Versuchpersonen in Zuckungen verfielen. Georg Christoph Lichtenberg schrieb in einem Physiklehrbuch dazu: "Zu Paris glaubte man vor einigen Jahren gefunden zu haben, daß der Stoß immer bey 'frigidis et impotentibus' aufhöre. Der Graf von Artois, der davon hörte, berief dazu die Castraten der Oper; und man fand die Beobachtung falsch. Auf diese Weise ist die Elektrisiermaschine um die Ehre gekommen, dereinst als ein nützliches Instrument in den Versammlungs-Sälen der Consistorien und Ehegerichte zu prangen."
Physikalisches
Michael Faraday machte darauf aufmerksam, daß zwischen einem gewöhnlichen Leiter und einer Flasche kein Unterschied besteht. Wird ein Leiter frei in der Luft gehalten und z.B. positiv geladen, so wird an den umgehenden Leitern, etwa den Wänden eines Zimmers, durch Influenz die negativen Ladungen angezogen, die positiven in die Erde abgeleitet. Die Zimmerwände bilden dann gewissermaßen die äußere Belegung der Flasche, die zwischenliegende Luft die sehr dicke, isolierende Schicht. Die gewöhnliche Leidener Flasche unterscheidet sich nur durch die große elektrische Kapazität vom einfachen Leiter.
Zur Berechnung dieser Kapazität kann folgende Überlegung dienen. Nehmen wir eine "Flasche", die aus zwei konzentrischen leitenden Kugelflächen mit den Radien r und r1 (r > r1) besteht. Die Kugeln sind durch einen Luftraum getrennt, die innere durch einen isolierten Draht mit dem Außenraum verbunden. Die Flächen seien mit den Elektrizitätsmengen q und q1 zu den elektrischen Potenzialen V und V1 geladen. Für den Mittelpunkt und die gesamte innere Kugel ist das Potenzial dann
<math> V = {q \over r} + {q_1 \over r_1} </math>
für die äußere wirkt die Gesamtladung so, als säße sie im Mittelpunkt, deshalb gilt
<math> V_1 = {q \over r_1} + {q_1 \over r_1} </math>.
Ist die Außenfläche geerdet, so ist V1 = 0 und q1 = - q, womit dann gilt
<math> V = q \cdot ({1 \over r} - {1 \over r1}) = q \cdot \frac {r_1-r} {r \cdot r_1} </math>
Die elektrische Kapazität einer solchen Flasche ist
<math> {q \over V} = \frac {r \cdot r_1}{r_1-r} </math>, je kleiner also die Dicke r1 - r, desto höher die elektrische Kapazität der Anordnung. So entstand auch der Name elektrischer Kondensator (oder früher Kondensationsapparat).
Eine gewaltige "Leidener Flasche" bildeten z.B. die kupfernen Unterseekabel. Man bemerkte, daß es erst einige Zeit dauerte, bevor man am anderen Ende ein Signal erhielt, weil sich zunächst das lange Kabel aufladen mußte. Die Geschwindigkeit des Telegraphierens wurde dadurch wesentlich beeinträchtigt.
