第6章 莱顿瓶
从人类认识静电现象，一直到20世纪初，直接产生静电的方法只有靠摩擦。开始是用一手握住琥珀棒，另一手拿着布来互相摩擦生电，到了17世纪，发明了起电机，利用一些转动的绝缘球、圆筒、圆盘等上附着的金属片和静止的刷子摩擦生电。但是摩擦产生的电荷无法维持很久，因此有人就发明了可以储存电荷的容器——莱顿瓶。莱顿瓶的发明为电学实验研究开辟了新的视野，促进了电学的发展。
什么是莱顿瓶
莱顿瓶是一种最早用来储存电荷的电容器。由于它是在莱顿城被发明的，所以叫作莱顿瓶，这就是最初的电容器。
标准的莱顿瓶是一个矮胖的薄玻璃容器，从它的瓶高2/3处往下，里外壁上都用金属箔包裹起来，成为电容器的两个极板，内层常用金属链条与伸到瓶口外的金属杆相连，金属杆顶上再装上一个金属球。金属球和瓶中的金属链条连接通过橡胶瓶塞伸进瓶内，然后下垂到注满水的瓶子中。当带电体跟金属球接触时，带电体上的电荷就会沿着金属杆和链条传到瓶的内壁，而外壁由于静电感应而带上异种电荷，这样内壁的电荷就能储存在里面保存很长一段时间。等需要用的时候，只要与金属球接触一下，就可把储存的电荷再放出来。莱顿瓶最多可以储存几天的电，当然也取决于绝缘和储藏条件。
莱顿瓶结构
莱顿瓶的发明
普鲁士的一所教堂副主教克莱斯特（1700—1748）从1740年起就在研究火花放电。一次实验中，他用装有铁钉的玻璃瓶和起电机相连。用导线将摩擦所引起的电，引向装有铁钉的玻璃瓶。当他同往常一样用手触及铁钉时，却突然受到猛烈的一击。他由此发现了放电现象。但他并没有公开发表。1746年由另一位教授在一篇文章中提到才引起了世人的注意。
莱顿瓶是荷兰莱顿大学的物理学教授彼得·范·马森布洛克发明的，这项发明也使莱顿大学——这所荷兰的大学名扬世界。
彼得·范·马森布洛克（Peter von Musschenbrock，1692—1761）
马森布洛克出生于荷兰的莱顿城，在莱顿大学获得博士学位以后，留校担任数学和自然哲学教授，后来又讲授实验物理学。
1746年马森布洛克在克莱斯特发现的启发下发明了收集电荷的“莱顿瓶”。在一次实验中，他将一支枪管悬在空中，用起电机与枪管连接，另从枪管中引出一根铜线，浸入一个盛有水的玻璃瓶中，他让一名助手一只手握住玻璃瓶，马森布洛克在一旁使劲摇动起电机。这时他的助手不小心将另一只手与枪管碰上，他猛然感到一次强烈的电击，喊了起来。马森布洛克于是与助手互换了一下，让助手摇起电机，他自己一手拿装水的玻璃瓶，另一只手去碰枪管，想引出火花，他的右手突然感到被什么东西击打了一下似的，而且使他全身震颤，他确信自己受到了电击，这说明带水的玻璃瓶能够保存电。
彼得·范·马森布洛克
莱顿瓶的实验
几天之后，马森布洛克写信给法国物理学家雷奥米尔（Réaumur，1683—1757）：“我想告诉你一个新奇但是可怕的实验，我提醒你们千万不要重复这个实验。当我把容器放在右手上，我试图用另一只手从充电的铁柱上引出火花，当碰到那个从瓶中伸出来的金属导线时，我受到了如此强烈的电击，整个身子就像被闪电击中一样震颤起来，手臂和身体产生了一种无法形容的恐怖感觉。”
虽然马森布洛克不愿意再做这个实验，但他由此得出结论，把带电体放在玻璃瓶内可以把电保存下来。只是当时搞不清楚起保存电作用的究竟是瓶子还是瓶子里的水。
法国物理学家诺莱特（Nollet，1700—1770）知道这个消息以后，重做了这个实验，而且做了一些改进，使放电更为强烈，并把这种瓶子取名为莱顿瓶。
法国物理学家雷奥米尔
法国物理学家诺莱特
莱顿瓶的改进
威廉·沃森
英国著名物理学家威廉·沃森（William Watson，1715—1787）最早提出了电在传导过程中没有消失只有转移的观点。因这一思路，富兰克林研究数月后提出电荷不灭的理论。
威廉·沃森知道莱顿瓶的实验以后，发现瓶壁越薄产生的电击越强，导体和玻璃的接触面积越大电击越强。并且他成功证明如果在莱顿瓶的内外表面都覆盖铝箔或铅片，其容量会增加。
威廉·沃森采纳了另一位英国皇家学会会员约翰·贝维斯（John Bevis，1693—1771）的建议，对莱顿瓶进行了改进，把铅片包在瓶子外，目的是增大接触面积。后来，他又把莱顿瓶的里面和外面都加上了这种金属薄片。由于接触面积增大，储存的电量增多，莱顿瓶放电时会产生火花。威廉·沃森是第一个看到莱顿瓶产生火花的人，这种火花可以用来点燃火药。
1745年，威廉·沃森等人进行了一次长12276英尺（约3742米）的远距离导线输电实验，试图以测定电的传输速度。虽然沃森等人只是得出了电是瞬时传输的这一初步的结论，但这一实验却进一步加深了人们对电的传输实验的认识。1746年，沃森在他的实验基础上发表了《电的性质与特征》这一论著。
莱顿瓶是最早的能保存电的工具，是第一种电容器。莱顿瓶保存电的时间很短，但无论如何，莱顿瓶是一项非常重要的发明。在电池没有发明之前，许多电学实验，都使用充电的莱顿瓶做电源。在此基础上，人们又发明了各种各样的电容器，在之后发展起来的无线电通信领域，起着十分重要的作用。
有了莱顿瓶之后，人们不但能在起电机上产生出较多的电荷，而且可以在莱顿瓶中储蓄少量的电荷。有了这两种电学仪器，近代电学的发展逐渐加快了步伐。这两大仪器的发明，不仅直接奠定了近代电学的实验基础，更重要的是，它们使人们进一步认识到，科学的发展与进步，不仅有赖于理论思维的发展，更有赖于实验技术的发展，没有实验技术本身的发展与进步，科学技术的发展与进步是不可能的。
趣闻轶事
莱顿瓶的发明对物理学发展的推动
莱顿瓶的发明使物理学家们第一次有办法得到很多电荷，并对其性质进行研究。1746年，英国伦敦一名叫柯林森的物理学家，向美国费城的本杰明·富兰克林邮寄了一只莱顿瓶，并在信中向他介绍了使用方法，这直接促成了1752年富兰克林著名的风筝实验。
富兰克林用风筝将“天电”引了下来，把天电收集到莱顿瓶中，从而弄明白了“天电”和“地电”原来是一回事。他肯定了“起储电作用的是瓶子本身”，“全部电荷是由玻璃本身储存着的”。富兰克林正确指出了莱顿瓶的原理。后来人们发现，只要两个金属板中间隔一层绝缘体就可以做成电容器，而并不一定要做成像莱顿瓶那样的装置。
你知道吗？
什么是电容器？
电容器是储存电量和电能（电势能）的元件。两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时，电容器就会储存电荷。电容器的电容量在数值上等于一个导电极板上的电荷量与两个极板之间的电压之比。电容器的电容量的基本单位是法拉第（F），在电路图中通常用字母C表示电容元件。
电容器在调谐、旁路、耦合、滤波等电路中起着重要的作用，广泛应用于电子产品中。