沈穎

1746年，荷蘭萊頓大學(xué)的教授無(wú)意中發(fā)明了萊頓瓶，這是人類歷史上第一種能夠儲(chǔ)存電荷的裝置，很多著名的電學(xué)實(shí)驗(yàn)都是利用它才得以進(jìn)行的，例如著名的富蘭克林風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)。

典型的萊頓瓶是一個(gè)玻璃瓶，內(nèi)壁和外壁都貼有導(dǎo)電金屬箔（如左圖），學(xué)過(guò)中學(xué)物理中平行板電容器的都知道，金屬箔A和B相當(dāng)于電容器的兩個(gè)極板，當(dāng)兩者帶有異種電荷時(shí)，會(huì)互相吸引，因此電荷就被儲(chǔ)存在里面。制作這種經(jīng)典的萊頓瓶需要高超的工藝，我們?cè)谶M(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，可以用簡(jiǎn)單的方法和常見(jiàn)的材料自制萊頓瓶。

一 紙杯萊頓瓶

準(zhǔn)備兩個(gè)大號(hào)的一次性紙杯、鋁箔膠帶。鋁箔膠帶就是一面帶膠的鋁箔，可以在電工市場(chǎng)、制冷設(shè)備市場(chǎng)買到。把兩個(gè)紙杯外表面都用鋁箔包裹后疊加起來(lái)，就成了一個(gè)自制的萊頓瓶。它的結(jié)構(gòu)跟經(jīng)典萊頓瓶一模一樣，兩層鋁箔就是兩個(gè)極板，間距是一個(gè)紙杯的厚度，用專用的電容表來(lái)測(cè)量一下它的電容量。讀數(shù)是0.45納法，換算成常用單位等于450皮法，這是電子電路中常見(jiàn)的電容值。

二 塑料瓶萊頓瓶

找一個(gè)空的塑料瓶，里面裝滿自來(lái)水，瓶蓋上插入一根大鐵釘，瓶身用鋁箔包裹。我們知道純凈的水是絕緣體，自來(lái)水因含有雜質(zhì)，所以具有一定的導(dǎo)電能力。這樣就構(gòu)成了一個(gè)萊頓瓶，水相當(dāng)于一個(gè)極板，鋁箔是另外一個(gè)極板，兩者的間距為塑料瓶壁的厚度。用電容表測(cè)量，這個(gè)自制萊頓瓶的電容量為3.12納法，也就是3120皮法，這在一般電子電路中，算是比較大的電容了。

為什么這種萊頓瓶的電容值比上一個(gè)大很多呢？參考平行板電容器的電容量計(jì)算公式，電容量與極板的面積成正比，與極板的距離成反比。塑料瓶萊頓瓶極板的面積明顯大于紙杯，由于塑料瓶壁的厚度小于紙杯厚度，所以極板間距要小很多。從這兩個(gè)關(guān)鍵因素考慮，它的電容量都應(yīng)該大于上一種。

很多資料在介紹這種萊頓瓶的做法時(shí)，都提到要在水里加鹽，提高水的導(dǎo)電性，從而增加電容量，那么一起來(lái)實(shí)際檢驗(yàn)一下加鹽的效果。向水瓶里加入8勺鹽，雖然鹽的溶解度很高，但是這種鹽水的濃度也跟飽和食鹽溶液差不多了。等食鹽完全溶解，搖勻以后再測(cè)量電容量。測(cè)得值為3160皮法，比不加鹽的只提高了40皮法，可見(jiàn)電容值提高并不明顯。當(dāng)然各地自來(lái)水水質(zhì)不同，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不盡相同。

三 易拉罐萊頓瓶

常用易拉罐一般都是鋁制的，但是表面覆蓋了一層絕緣薄膜，因此不能導(dǎo)電。我們可以用鋁制的罐體來(lái)做萊頓瓶的一個(gè)極板。用砂紙把易拉罐口周圍的絕緣膜蹭掉，露出能夠?qū)щ姷慕饘黉X。外面用鋁箔包裹，這樣鋁箔是一個(gè)極板，鋁罐體是另外一個(gè)極板，兩者的間距是那一層絕緣薄膜。測(cè)得這種萊頓瓶的電容值為14.7納法，也就是14700皮法，遠(yuǎn)高于前面兩種！在影響電容量的兩個(gè)因素中，易拉罐萊頓瓶的極板面積是最小的，但是因?yàn)閮蓚€(gè)極板的間距遠(yuǎn)小于前面兩種，導(dǎo)致了它的電容量最高。

在進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，可以根據(jù)自己的情況選用三種自制萊頓瓶。值得注意的一點(diǎn)是，因?yàn)殡妼W(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)常使用幾千伏的高壓靜電，因此電容量大小并不是唯一要考慮的因素，有時(shí)還要考慮到耐壓性能。易拉罐萊頓瓶因?yàn)閮蓚€(gè)極板間距很小，因此耐壓性能是最差的，容易被高壓電擊穿；而最耐高壓的，當(dāng)然是電容量最小的紙杯萊頓瓶了。