Leidenin pullo

Keksintö

Leidenin pullon periaatteen löysivät toisistaan riippumatta kaksi tutkijaa, 1745 Ewald Jürgen Georg von Kleist, joka työskenteli Pommerin Camminissa, sekä 1745 tai 1746 Leidenissä fyysikko Pieter van Musschenbroek, kun he kumpikin omilla tahoillaan saivat aikaan laboratoriokokeissa vastaavilla lasien ja metalliosien asetteluilla sähköiskuja.
Erinäisissä dokumenteissa mainitaan myös Andreas Cunaeus Musschenbroekin ystävänä ja kanssalöytäjänä, joissakin toisissa Cunaeus esitetään varsinaiseksi löytäjäksi Musschenbroekin nimen ollessa kanssalöytäjän paikalla.
Syntyhistoriastaan johtuen Leidenin pulloon voidaan viitata myös nimellä Kleistin pullo tai puolueettomasti kondensaatiopullo. Suomessa on joskus käytetty myös epätarkkaa nimitystä Leidenin ruukku, ja nimen Leiden tilalla kaupungin vanhempaa nimitystä Leyden.

Rakenne

Kokeissaan Kleist oli laittanut naulan alkoholilla täytettyyn pulloon ja liittänyt sen alkeelliseen sähköistäjäkoneeseen. Ottaessaan naulaa myöhemmin pois sai hän voimakkaan iskun. Alankomaalainen Musschenbroek teki samantapaisen kokeen yhtäläisin tuloksin. Lukuisat oppineet uusivat näitä kokeita ja muuttelivat osien asetteluja. Johann Heinrich Winckler asetti johtimen kulkemaan keskeltä pullon sisäpintaan, ympäröi sen metallivaipalla ja kokeili kaikenlaisilla nesteillä kuten vedellä, sulalla voilla ja viinillä. Lopullisen muodon Leidenin pullolle antoivat 1748 lontoolaiset lääkärit William Watson ja John Bevis. He luopuivat nesteistä ja päällystivät pullon sisältä ja ulkoa metallisella foliolla. Danzigilainen fyysikko Daniel Gralath kytki ensimmäisenä useita Leidenin pulloja rinnkkain ja sai näin korotettua tehoa.
Leidenin pullon voi valmistaa itsekin, täyttämällä lasi- tai muovipullon vedellä tai mieluiten suolavedellä ja päällystämällä ulkopinnan alumiinifoliolla. Veden suhteellisen hyvän sähkönjohtavuuden ansiosta riittää yhteyteen metallilangan ripustaminen pulloon. Ylhäältä esiinpistävä langanpää tulisi taivuttaa suurelle silmukalle, jotta purkaukset pysyisivät heikompina. PET-muovipulloilla on 60 000 voltin läpilyöntikestokyky. Riittävän purkaustien säilyttämiseksi voidaan se täyttää vain noin 3/4 korkeuteensa. Myös öljykerroksen lisääminen veden pinnalle sopii tähän tarkoitukseen. Tämänkaltaisissa kokeissa on mitä suurin varovaisuus tarpeen: myös heikkojen korkeajännitelähteiden (kuten nauhageneraattori) kanssa käytettynä voidaan tällä tavoin varastoida huomattavia energioita, jotka saattavat olla hengenvaarallisia.

Ensisovellukset

Leidenin pullo oli ensimmäisenä kondensaattorina myös ensimmäinen sähkön varastointiin tarkoitettu laite. 1740-luvulla ei sähkön tuottaminen ainakaan pienessä määrässä ollut enää ongelma, sen sijaan varastointi oli. Sitä pystyttiin kyllä jonkin verran varastoimaan sähköä johtaviin esineisiin, käytännössä raskaisiin rautaputkiin, mutta häviöt olivat suuret ja esineiden käsittely vaikeaa. Pieni ja kätevä Leidenin pullo ratkaisi tämän ongelman, ja niitä saattoi kytkeä rinnakkainkin. Tosin hyötysovelluksia sähkölle saatiin odottaa vielä vuosikymmeniä.
Tuohon aikaan suosituissa sähkön ja sen vaikutusten julkisissa esityksissä havainnollistettiin myös Leidenin pullon (nimellä "Kleistin sysäys", saks. "Kleistsche Stoß") vaikutuksia, jossa ihmisketjulle annettiin siitä isku, jonka seurauksena koehenkilöt kaatuivat nykivinä. Georg Christoph Lichtenberg kirjoitti aiheesta fysiikan oppikirjassa, että "Pariisissa luultiin joitakin vuosia todetuksi sysäyksen tekevän 'frigidiksi ja impotentiksi'", mutta että "Artois'n kreivi tämän kuultuaan kutsui oopperan kastraatit ja havainto todettiin vääräksi", ja vielä että "näin ollen sähköistyskone on saanut kunnian tulla aikanaan hyödylliseksi apuvälineeksi konsistorien ja avioliitto-oikeuksien kokoussaleissa".
Aluksi Leidenin pulloa käytettiinkin enimmäkseen kansalle järjestetyissä näytöksissä, mutta sittemmin ymmärryksen sähkön luonteesta kasvaessa myös virranlähteenä kehittyneemmille kokeille: Benjamin Franklin yhdisti sen metallilangalla leijaan, jonka antoi nousta taivaalle. Hänen onnistui tällä vaarallisella kokeella siirtää ukkospilvistä varaus Leidenin pulloon todistaen täten, että ukkonen on sähköilmiö. Jo Franklin käytti käsitettä "sähkön kondensaattori".
Kondensaattoreissa Leidenin pulloa seurasi parannettu levykondensaattori, jonka Alessandro Volta valmisti 1783, aiemmin kehittämänsä elektroforin pohjalta. Volta selitti myös syyn eläinsähköön, jonka Luigi Galvani oli aiemmin löytänyt ja verrannut sitä Leidenin pullon purkauksiin.