几种自制莱顿瓶的比较

沈颖

1746年，荷兰莱顿大学的教授无意中发明了莱顿瓶，这是人类历史上第一种能够储存电荷的装置，很多著名的电学实验都是利用它才得以进行的，例如著名的富兰克林风筝实验。

典型的莱顿瓶是一个玻璃瓶，内壁和外壁都贴有导电金属箔（如左图），学过中学物理中平行板电容器的都知道，金属箔A和B相当于电容器的两个极板，当两者带有异种电荷时，会互相吸引，因此电荷就被储存在里面。制作这种经典的莱顿瓶需要高超的工艺，我们在进行电学实验的时候，可以用简单的方法和常见的材料自制莱顿瓶。

一 纸杯莱顿瓶

准备两个大号的一次性纸杯、铝箔胶带。铝箔胶带就是一面带胶的铝箔，可以在电工市场、制冷设备市场买到。把两个纸杯外表面都用铝箔包裹后叠加起来，就成了一个自制的莱顿瓶。它的结构跟经典莱顿瓶一模一样，两层铝箔就是两个极板，间距是一个纸杯的厚度，用专用的电容表来测量一下它的电容量。读数是0.45纳法，换算成常用单位等于450皮法，这是电子电路中常见的电容值。

二 塑料瓶莱顿瓶

找一个空的塑料瓶，里面装满自来水，瓶盖上插入一根大铁钉，瓶身用铝箔包裹。我们知道纯净的水是绝缘体，自来水因含有杂质，所以具有一定的导电能力。这样就构成了一个莱顿瓶，水相当于一个极板，铝箔是另外一个极板，两者的间距为塑料瓶壁的厚度。用电容表测量，这个自制莱顿瓶的电容量为3.12纳法，也就是3120皮法，这在一般电子电路中，算是比较大的电容了。

为什么这种莱顿瓶的电容值比上一个大很多呢？参考平行板电容器的电容量计算公式，电容量与极板的面积成正比，与极板的距离成反比。塑料瓶莱顿瓶极板的面积明显大于纸杯，由于塑料瓶壁的厚度小于纸杯厚度，所以极板间距要小很多。从这两个关键因素考虑，它的电容量都应该大于上一种。

很多资料在介绍这种莱顿瓶的做法时，都提到要在水里加盐，提高水的导电性，从而增加电容量，那么一起来实际检验一下加盐的效果。向水瓶里加入8勺盐，虽然盐的溶解度很高，但是这种盐水的浓度也跟饱和食盐溶液差不多了。等食盐完全溶解，摇匀以后再测量电容量。测得值为3160皮法，比不加盐的只提高了40皮法，可见电容值提高并不明显。当然各地自来水水质不同，实验结果不尽相同。

三 易拉罐莱顿瓶

常用易拉罐一般都是铝制的，但是表面覆盖了一层绝缘薄膜，因此不能导电。我们可以用铝制的罐体来做莱顿瓶的一个极板。用砂纸把易拉罐口周围的绝缘膜蹭掉，露出能够导电的金属铝。外面用铝箔包裹，这样铝箔是一个极板，铝罐体是另外一个极板，两者的间距是那一层绝缘薄膜。测得这种莱顿瓶的电容值为14.7纳法，也就是14700皮法，远高于前面两种！在影响电容量的两个因素中，易拉罐莱顿瓶的极板面积是最小的，但是因为两个极板的间距远小于前面两种，导致了它的电容量最高。

在进行电学实验的时候，可以根据自己的情况选用三种自制莱顿瓶。值得注意的一点是，因为电学实验经常使用几千伏的高压静电，因此电容量大小并不是唯一要考虑的因素，有时还要考虑到耐压性能。易拉罐莱顿瓶因为两个极板间距很小，因此耐压性能是最差的，容易被高压电击穿；而最耐高压的，当然是电容量最小的纸杯莱顿瓶了。