Leydeni purgi (või Leideni purk) on lihtne seade staatilise elektri säilitamiseks. Tavaliselt on tegemist klaaspudeli või -kolbiga, mis on vooderdatud nii seest- kui ka väljast metallfooliumiga või muude juhtivate pinnakatetega; mõnedes varajastes näidetes kasutati sisemuses isegi vett. Selline konstruktsioon võimaldab eksperimenteerijal koguda ja hoida suures koguses laenguid ning tekitada nähtavaid välgulööke ja sädelemaid.
Konstruktsioon ja tööpõhimõte
Leydeni purk koosneb kolmest põhikomponendist: klaasist dielektrikust (isolatsioonikiht), sisemisest juhtivast kihist (näiteks foolium või vesi) ja välimisest juhtivast kihist. Sisemine juhtiv kiht ühendatakse laengugeneraatoriga või elektroodiga, väline juhtiv kiht aga on tavaliselt maandatud (otseselt või inimese keha kaudu). Klaas toimib dielektrikuna, mis takistab elektronide otsest ülejooksu, kuid salvestab elektrivälja—see tähendab, et purk kogub omadusseenergiat elektriväljas.
Miks käe puudutamine mõjutas säilitamist: kui purki hoida käes või ühendada väline metallkest maaga, neutraliseerib see väliskihil voolata püüdva laengu surve ja suurendab sisemisele kihile säilivat laengumahtu. Varajastes katsetes oli väliseks juhtivaks ühenduseks sageli uurija käsi, mistõttu juhtivuse kaudu tekkis suhe maa-potentsiaaliga.
Ajalooline taust
Esimese teadaoleva elektrilise säilitamispurgi konstrueeris 11. oktoobril 1745 Ewald von Kleist. Ta töötas oma väikeses katselaboris, kasutades hõõrde- ehk triboelektrilist generaatorit, ja avastas, et pudel suudab koguda märkimisväärse laengu. Von Kleist saatis leiust krüpteeritud kirjelduse mõnele kaaslasele; üks koopia jõudis tema endise ülikoolikaaslase Andreas Cunaeuse kaudu Leydeni ülikooli professor Pieter van Musschenbroeki kätte, kes avastas leiuga iseseisvalt sarnase efekti. Musschenbroekile omistati leiule sageli tunnustus ja tema kirjad Prantsusmaa teadlastele aitasid seadmel levida ning anda sellele nime "Leydeni purk".
Mõlemad leiutised—von Kleisti ja Musschenbroeki omad—panid aluse esimestele praktikutele kondensaatori ideest. Purgi toimimisest sai selgeks, et klaasdielectric ja vastandlikult laetud sisemine ning välimine kiht võimaldavad elektrienergiat ajutiselt salvestada.
Esimesed katsed ja ohud
Algsetel katsetel said nii von Kleist kui ka teised uurijad valusaid šokke; von Kleist kirjeldas seda lööki kui nii tugevat, et ta visati toa teise otsa. See juhtus seetõttu, et puudutades naela või elektroodi tegi ta voolava ühenduse sisemise ja välise laengu vahel, mis olid vastandlike märkidega, ning kogu kogunenud laeng voolas läbi tema keha. Suurte purkide või mitme purgi järjest ühendamisel võivad elektrilöögid olla väga ohtlikud—pigem valusad ja šokeerivad, mõnikord ka eluohtlikud.
Tähtsus ja pärand
Leydeni purk oli aastaid peamine elektrienergia ajutise ladustamise vahend ning mängis olulist rolli 18. sajandi elektrofüüsika ja elektriakadeemiliste demonstratsioonide arengus. Seejärel hakkasid elektri salvestamise ja generaatorite tehnoloogiad arenema edasi; tänapäeval tuntakse samu põhimõtteid seadmetena nimega kondensaatorid või kondensaatorid, mis on kompaktsed, mitmekesised ja oluliselt efektiivsemad kui varajased Leydeni purgid. Kaasaegsed kondensaatorid on igapäevases elektroonikas hädavajalikud komponendid, samas kui keemilised akud annavad lihtsalt teistsuguse (ja sageli pikaajalisema) energia salvestamise lahenduse.
Kasutus tänapäeval ja hariduslik väärtus
Tänapäeval ei kasutata Leydeni purke praktiliste energiavarude jaoks, kuid need on jätkuvalt väärtuslikud ajaloolistes demonstratsioonides ja hariduslikes eksperimentides, sest purk selgitab lihtsasti kondensaatori põhimõtet: kaks vastandlikult laetud juhtivat pinda eraldatud dielektrikuga. Kooli- ja populariseerivate katsete puhul tuleks aga alati järgida ohutusnõudeid ja kasutada sobivaid maandus- ning kaitsevahendeid.
Ohutusnõuanded
- Ava või puuduta kunagi laetud purki ilma nõuetekohase maanduseta.
- Ära ühenda mitu purki sarja ega proovi luua väga suuri laengukoguseid ilma kogenud juhendamiseta.
- Tuntud hüppeliinide ja piksekaitsetsüklite simuleerimiseks sobivad paremini kaasaegsed, spetsiaalselt selleks mõeldud kondensaatorid ja generaatorid.
Kokkuvõttes on Leydeni purk oluline samm elektri teadusajalukku: lihtne, kuid võimas seade, mis näitas, et elektrit on võimalik koguda ja ajutiselt säilitada, ning mis sillutas teed tänapäevastele kondensaatoritele ja laiemale elektritehnika arengule.
