研究殖民时代的电容器

文章作者:John Dunn

本杰明·富兰克林(Benjamin Franklin)在电雷雨中进行风筝实验，并活了很多年才讲述了这个故事。他手头上用来储存电荷的装置被称为莱顿瓶(Leyden jar)。今天，我们称之为电容器。

有一篇关于莱顿瓶的很好的论文维基百科，这里提到了那个时代罐子里典型的电容为1nf，等于1000 pF。通过查看殖民时期的图纸，对物理尺寸做一些合理的假设，电容可以在下面的草图和计算中估计出来。

图1莱顿瓶图是根据殖民时期的图纸绘制的。

让垂直高度= 8英寸
让直径= 4英寸
那么半径= 2英寸

圆柱面积=周长×高度c
圆柱面积= π ×直径×高
圆柱面积= π × 4 × 8 = 100.53 - > 100英寸²

圆盘面积= π ×半径²+ π × 2²= 12.57 - > 13英寸²

总面积= 113英寸²

假设玻璃厚度为1 / 4英寸。

玻璃的介电常数在3.7到10之间。
自由空间的介电常数= e0 = 8.854 pF/meter
自由空间的介电常数= e0 = 0.225 pF/inch

盖帽= er × e0 ×总面积/玻璃厚度
Cap = 3.7 × 0.225 × 113/0.25 = 376 pF
来
电容= 10 × 0.225 × 113/0.25 = 1017 pF

近似电容= 1000 pF

据报道，当充电时，这些东西能够获得数十千伏(一篇文章中提到20千伏到60千伏)。塞子上方的金属球有助于防止电晕效应，根据我个人的高压经验，在30千伏附近会出现电晕效应。

看看所涉及的储存的能量是有指导意义的。能量是1 / 2cv²，其中C是电容，单位是法拉，V是电压，单位是伏特，能量单位是焦耳。在60kv下，1000pf的能量= 1 / 2 × 1000E-12 × (60000²) = 1.8焦耳

这些能量足以伤害你，所以使用莱顿瓶的实验人员必须非常小心。

本文最初发表于经济日报。

约翰·邓恩是一名电子顾问，毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。

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