Leiden burka (vai Leidenes burka) ir ierīce statiskās elektrības uzkrāšanai. Tā parasti sastāv no stikla kolbas, kuras iekšpusi un/vai ārpusi klāj elektrovadoša kārta (piemēram, metāla folija). Agrīnās burkas iekšpusē reizēm izmantoja arī ūdeni kā iekšējo konduktoru. Leiden burkas galvenais uzdevums ir sakrāt lielu lādiņu un radīt augstu elektrisko potenciālu salīdzinājumā ar apkārtējo vidi.

Darbības princips

Leiden burka ir vienkāršs kondensatora piemērs: tai ir divi elektriski vadīti slāņi (iekšējais un ārējais) un starp tiem izolators — stikls. Kad iekšējais vadītājs tiek savienots ar elektroģeneratoru vai cita veida lādiņu avotu, lādiņš uzkrājas uz iekšējā metāliskā slāņa. Ārējais slānis parasti tiek savienots ar zemi vai vienkārši turēts rokā, tādējādi nodrošinot pretējo lādiņu izvietojumu.

Fizikāli uzkrāto lādiņu Q, spriegumu V un kapacitāti C saista sakarība Q = C · V. Kapacitāte aptuveni atbilst formulai C = ε0·εr·A/d, kur ε0 ir vakuuma dielektriskā konstante, εr — stikla relatīvā dielektriskā konstante, A — pārklājuma laukums, un d — stikla biezums. Uzglabātā elektriskā enerģija E ir E = 1/2 · C · V2 (vai arī E = Q2/(2C)).

Konstrukcija un variācijas

Tipiskā Leiden burka sastāv no šādām daļām:

  • Stikla kolba — dielektriskā starpslāņa funkcija; biezāks stikls samazina kapacitāti, bet palielina sprieguma izturību.
  • Iekšējais metāla slānis — var būt folija, ūdens vai zemēta elektroda, uz kura uzkrājas lādiņš.
  • Ārējais metāla slānis — parasti folija ārpusē, savienojama ar zemi vai rokas vadītāju.
  • Caurums ar naglu vai vadu korķī — bieži izmantots kā centrálais elektrods, lai ērti pieslēgtu lādiņa avotu.

Eksperimentāļu gaitā bija arī variantas ar ķēdēm, atvilktnēm un dažādiem ārējiem modeļiem, kas mainīja burkas kapacitāti un praktiskumu demonstrācijām.

Vēsture — izcelsme un nozīmīgākie notikumi

Pirmo ierīci, kas nosauca par elektriskās atmiņas burku, 1745. gada 11. oktobrī izgatavoja dekāns Edvalds fon Kleists. Viņš darbojās Kamminas katedrālē (Pomerānijā) un izmēģināja, vai statisko elektrību iespējams uzglabāt pudelē, zinot, ka stikls ļauj nodalīt lādiņu. Sākotnēji viņam bija tikai mazs berzes ģenerators, taču eksperimenti parādīja, ka pati kolba var uzkrāt ievērojamu lādiņu — īpaši, ja tās ārpuse ir elektrovadītspējīga un savienota ar zemi.

Fon Kleista apraksti nonāca pie citiem zinātniekiem; viena kopija tika nosūtīta viņa bijušajam universitātes kolēģim Andreasam Cunaeusam un vēlāk pie Pītera van Musschenbroeka, Leidenas universitātes fizikas profesora. Musschenbroek publicēja savus aprakstus un demonstrācijas, un tā ierīce kļuva pazīstama kā Leiden burka. Tādējādi ierīcei atvasinājums nāk no Leidenas vārdā saistītajām publikācijām un demonstrācijām.

Daudzu gadu garumā Leiden burka bija galvenais instruments elektrības uzkrāšanai laboratorijās un demonstrācijās. Tā izmantošana turpinājās līdz ķīmiskās baterijas un vēlāk — līdz modernāku elektroķīmisku un elektrostatisku ierīču (mūsdienu kondensatoru un citu enerģijas avotu) attīstībai.

Eksperimentāla nozīme un drošība

Leiden burkas demonstrācijas bieži izmantoja, lai parādītu lādiņa uzkrāšanos un pēkšņu izlādi. Vēsturiskajā stāstā minēts, ka fon Kleists reiz saņēma spēcīgu triecienu, kad pieskārās naglai, jo viņa ķermenis savienoja iekšējo un ārējo lādiņu — tie bija pretējās zīmes un izlāde notika caur viņa ķermeni. Šādas demonstrācijas var būt bīstamas: izlādes var radīt smagus elektrošokus, liesmas vai bojājumus jutīgai aparatūrai.

Drošības ieteikumi:

  • Vienmēr pirms manipulācijām pārliecinieties, ka ierīce ir atslēgta un izlādēta uz zemi ar izolētu vadu.
  • Neveiciet eksperimentus vienatnē; izmantojiet izolētas rokas vai instrumentus.
  • Nepieskarieties nagiem vai vadiem, kas var savienot iekšējo un ārējo slāni, ja vien neesat sagatavojis drošu izlādes ceļu.

No Leiden burkas līdz mūsdienu kondensatoriem

Leiden burka bija pirmais praktiskais kondensators — ierīce, kas spēj uzkrāt elektrisko lādiņu. Mūsdienu kondensatoros tiek izmantoti dažādi dielektri un konstrukcijas (keramiskie, elektrolītiskie, plēves kondensatori, superkondensatori u. c.), taču pamatprincipi — divi vadītāji, starp kuriem atrodas dielektrisks slānis — paliek nemainīgi. Leiden burkas nozīme ir vēsturiska un pedagģiska: tā parādīja, ka elektrība var tikt saglabāta un koncentrēta, un deva pamatu tālākajām pētniecībām elektrotehnikā.

Leiden burka kā demonstrācijas ierīce joprojām tiek izmantota fizikas vēstures eksponātos un dažos izglītojošos eksperimentos, taču praktiskai enerģijas uzglabāšanai to ir aizstājuši efektīvāki un drošāki mūsdienu kondensatori un baterijas.