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Leidener Flasche


Die Leidener Flasche (auch Kleistsche Flasche, Kondensationsflasche oder Flaschenkondensator) ist die älteste Bauform eines Kondensators (Zylinderkondensator). Auf der Innen- und Außenseite eines Glasgefäßes (beispielsweise einer Flasche) sind Metallbeläge angebracht; das Glas stellt den Isolator dar. Leidener Flaschen besitzen eine hohe Spannungsfestigkeit und werden daher vor allem als Hochspannungskondensatoren eingesetzt.

Entdeckung

Das Prinzip der Leidener Flasche wurde unabhängig voneinander am 11. Oktober 1745 von dem Domdechanten Ewald Georg von Kleist in Cammin (Pommern)[1] und 1746 von dem Physiker Pieter van Musschenbroek in Leiden entdeckt, als sie bei Laborversuchen mit entsprechenden Anordnungen von Gläsern und Metallteilen elektrische Stromschläge erhielten.

Von verschiedenen Dokumenten wird auch Andreas Cunaeus (1712–1788)[2] als Miterfinder und Freund Musschenbroeks erwähnt, andere setzen Musschenbroek durch den in Klammern angehängten Namen Cunaeus fälschlich mit diesem gleich.

Aufbau

Kleist hatte bei Experimenten einen Nagel in eine wassergefüllte Flasche gesteckt und an eine Elektrisiermaschine angeschlossen. Beim späteren Herausziehen des Nagels erhielt er einen kräftigen elektrischen 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.

Anhand der rechts abgebildeten zerlegbaren Leidener Flasche wurde festgestellt, dass die Ladung nach dem Zerlegen teilweise im Glaskörper gespeichert bleibt – die Einzelteile lassen sich handhaben, nach dem Zusammenbau erscheint die Ladung wieder auf den Elektroden und kann zu einem Funken oder Stromschlag führen. Ebenso kann eine entladene Leidener Flasche einige Zeit danach wieder Ladung aufweisen. Siehe hierzu Dielektrische Absorption.

Erste Anwendungen

Bei den damals beliebten öffentlichen Demonstrationen der Elektrizität wurde auch der Kleistsche Stoß oder Erschütterungsschlag vorgeführt, bei dem einer Menschenkette ein Schlag aus einer Leidener Flasche versetzt wurde, wodurch die Versuchspersonen 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.“

Georg Christoph Lichtenberg

Diese Versuche blieben auch beliebt, nachdem 1750 der Nürnberger Mathematiklehrer Johann Gabriel Doppelmayr durch den Schlag einer Leidener Flasche gestorben war.[3]

Physikalisches

Zur Größe und Berechnung der elektrischen Kapazität, siehe Kondensator.

Michael Faraday machte darauf aufmerksam, dass zwischen einem geladenen leitfähigen Teil und einer Leidener Flasche kein prinzipieller Unterschied besteht: Wird ein Metallteil isolierend in der Luft gehalten und beispielsweise positiv geladen, so entsteht in der Umgebung, etwa den Wänden eines Zimmers, durch Influenz negative Ladung. Die Zimmerwände bilden dann gewissermaßen die äußere Belegung der Flasche, die zwischenliegende Luft die sehr dicke, isolierende Schicht. Die Leidener Flasche unterscheidet sich nur durch die größere elektrische Kapazität vom einfachen Leiter. Sie beträgt bei typischen Leidener Flaschen (Glas mit elektrolytisch aufgebrachten Kupferüberzügen) in Demonstrationsexperimenten 10−9 bis 10−8 Farad.

Gefahrenhinweis

Aufgrund sehr hoher Entladeströme ist die in Leidener Flaschen gespeicherte Energie lebensgefährlich – auch wenn die speisende Hochspannungsquelle (z. B. ein Bandgenerator oder eine Influenzmaschine) an sich nicht gefährlich sind. Jedoch können sich deren Ladungen in der Leidener Flasche addieren und lange Zeit gespeichert bleiben, weshalb die einschlägigen Sicherheitsregeln zu beachten sind.

Einzelnachweise

  1. Auszug aus der Familienbiografie der Kleists mit Link auf den Originalabdruck des Schreibens an Krüger
  2. Andreas Cunaeu . Families from the Netherlands.
  3. Waltet Conrad (Hrsg.): Geschichte der Technik in Schlaglichtern, 1997, Meyers Lexikonverlag, S. 58.

Weblinks

 Commons: Leidener Flaschen  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Kategorien: Historisches Elektrogerät | Kondensator (Elektrotechnik) | Elektrostatik | Leiden (Stadt)

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