幾種自制萊頓瓶的比較

沈穎

1746年，荷蘭萊頓大學的教授無意中發明了萊頓瓶，這是人類歷史上第一種能夠儲存電荷的裝置，很多著名的電學實驗都是利用它才得以進行的，例如著名的富蘭克林風箏實驗。

典型的萊頓瓶是一個玻璃瓶，內壁和外壁都貼有導電金屬箔（如左圖），學過中學物理中平行板電容器的都知道，金屬箔A和B相當于電容器的兩個極板，當兩者帶有異種電荷時，會互相吸引，因此電荷就被儲存在里面。制作這種經典的萊頓瓶需要高超的工藝，我們在進行電學實驗的時候，可以用簡單的方法和常見的材料自制萊頓瓶。

一 紙杯萊頓瓶

準備兩個大號的一次性紙杯、鋁箔膠帶。鋁箔膠帶就是一面帶膠的鋁箔，可以在電工市場、制冷設備市場買到。把兩個紙杯外表面都用鋁箔包裹后疊加起來，就成了一個自制的萊頓瓶。它的結構跟經典萊頓瓶一模一樣，兩層鋁箔就是兩個極板，間距是一個紙杯的厚度，用專用的電容表來測量一下它的電容量。讀數是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的電容值。

二 塑料瓶萊頓瓶

找一個空的塑料瓶，里面裝滿自來水，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，自來水因含有雜質，所以具有一定的導電能力。這樣就構成了一個萊頓瓶，水相當于一個極板，鋁箔是另外一個極板，兩者的間距為塑料瓶壁的厚度。用電容表測量，這個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大很多呢？參考平行板電容器的電容量計算公式，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。從這兩個關鍵因素考慮，它的電容量都應該大于上一種。

很多資料在介紹這種萊頓瓶的做法時，都提到要在水里加鹽，提高水的導電性，從而增加電容量，那么一起來實際檢驗一下加鹽的效果。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，搖勻以后再測量電容量。測得值為3160皮法，比不加鹽的只提高了40皮法，可見電容值提高并不明顯。當然各地自來水水質不同，實驗結果不盡相同。

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，因此不能導電。我們可以用鋁制的罐體來做萊頓瓶的一個極板。用砂紙把易拉罐口周圍的絕緣膜蹭掉，露出能夠導電的金屬鋁。外面用鋁箔包裹，這樣鋁箔是一個極板，鋁罐體是另外一個極板，兩者的間距是那一層絕緣薄膜。測得這種萊頓瓶的電容值為14.7納法，也就是14700皮法，遠高于前面兩種！在影響電容量的兩個因素中，易拉罐萊頓瓶的極板面積是最小的，但是因為兩個極板的間距遠小于前面兩種，導致了它的電容量最高。

在進行電學實驗的時候，可以根據自己的情況選用三種自制萊頓瓶。值得注意的一點是，因為電學實驗經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，有時還要考慮到耐壓性能。易拉罐萊頓瓶因為兩個極板間距很小，因此耐壓性能是最差的，容易被高壓電擊穿；而最耐高壓的，當然是電容量最小的紙杯萊頓瓶了。