लेडेन जार

लेडेन जार (या लीडेन जार, जिसे कभी-कभी कैलीस्टियन जार भी कहा जाता है) विद्युत घटक है जो ग्लास जार के अंदर और बाहर विद्युत चालाको के बीच उच्च-वोल्टेज विद्युत आवेश (बाहरी स्रोत से) को संग्रहीत करता है।  इसमें प्राय:  ग्लास जार होता है, जिसमें धातु के फोइल को अंदर और बाहर की सतहों पर  पुख्ता किया जाता है और आंतरिक फोइल के साथ संपर्क बनाने के लिए जार ढक्कन के माध्यम से ऊर्ध्वाधर रूप से प्रक्षिप्त धातु टर्मिनल होता है। यह संधारित्र का मूल रूप था (जिसे संघननक भी कहा जाता है)।

इसका आविष्कार 11 अक्टूबर 1745 को जर्मन मौलवी इवाल्ड जॉर्ज वॉन क्लेस्ट द्वारा स्वतंत्र रूप से और 1745-1746 में लीडेन (लेडेन), नीदरलैंड के डच वैज्ञानिक पीटर वैन मुस्चेनब्रुक द्वारा की गई खोज थी।

लेडेन जार का उपयोग बिजली में कई प्रारंभिक प्रयोगों को संचालित करने के लिए किया गया था, और इसकी खोज इलेक्ट्रोस्टाटिक्स (स्थिरवैद्युत) के अध्ययन में बुनियादी महत्व का था। यह बड़ी मात्रा में विद्युत आवेश को संचित करने और संरक्षित करने का पहला साधन था जिसे प्रयोगकर्ता की इच्छा से डिस्चार्ज  किया जा सकता था, इस प्रकार विद्युत चालन में प्रारंभिक शोध की महत्वपूर्ण सीमा को पार कर गया। लेडेन जार अभी भी शिक्षा में इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के सिद्धांतों को प्रदर्शित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

इतिहास
प्राचीन यूनानी पहले से ही जानते थे कि एम्बर के टुकड़े रगड़े जाने के बाद हल्के कणों को आकर्षित कर सकते हैं। एम्बर का विद्युतीकृत ट्रिबोइलेक्ट्रिक (घर्षणविद्युत) प्रभाव से होता है, यांत्रिक रूप से आवेश का पृथक्करण। एम्बर के लिए ग्रीक शब्द ἤλεκτρον ("एलेक्ट्रोन") है और "बिजली" शब्द का मूल है। मिलेटस के थेल्स, पूर्व-सक्रैटिक दार्शनिक माना जाता है कि गलती से इलेक्ट्रोस्टैटिक आवेशिंग की घटना पर टिप्पणी की है, उनके इस विश्वास के कारण कि निर्जीव चीजों में भी आत्मा होती है, इसलिए प्रकाश का प्रयोग सादृश्य है।

1650 के आसपास, ओटो वॉन गुएरिके ने कच्चे इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर का निर्माण किया: गंधक गेंद जो एक शाफ्ट पर घूमती थी। जब गुएरिक ने गेंद के खिलाफ अपना हाथ रखा और शाफ्ट को जल्दी से घुमाया, तो स्थिर विद्युत आवेश निर्मित हुआ। इस प्रयोग ने "घर्षण मशीनों" के कई रूपों के विकास को प्रेरित किया, जिससे बिजली के अध्ययन में बहुत मदद मिली।

लेडेन जार को दो पक्षों द्वारा प्रभावी रूप से स्वतंत्र रूप से खोजा गया था: जर्मन डेकन एवाल्ड जॉर्ज वॉन क्लेइस्ट, जिन्होंने पहली खोज की थी, और डच वैज्ञानिकों पीटर वान मुसचेन्ब्रुक और आंद्रेस कुनेयस, जिन्होंने यह पता लगाया कि यह कैसे काम करता है जब हाथ में पकड़ लिया जाता है।

लेडेन जार उच्च- वोल्टेज उपकरण है, यह अनुमान लगाया गया है कि अधिक से अधिक प्रारंभिक लेडेन जार को 20,000 से 60,000 वोल्ट तक आवेश किया जा सकता है। सेंटर रॉड इलेक्ट्रोड के पास अंत में धातु की गेंद होती है, ताकि कोरोना डिस्चार्ज द्वारा हवा में आवेश के रिसाव को रोका जा सके। इसका उपयोग पहले इलेक्ट्रोस्टैटिक्स प्रयोगों में और बाद में हाई-वोल्टेज उपकरण जैसे स्पार्क-गैप ट्रांसमीटर और इलेक्ट्रोथैरेपी (विद्युत्चिकित्सा) मशीन में किया गया था।

वॉन क्लिस्ट
ईवाल्ड जॉर्ज वॉन क्लेस्ट ने सिद्धांत के तहत काम करते हुए लेडेन जार की अपार संचयन क्षमता की खोज की, जिसने बिजली को द्रव के रूप में देखा और उम्मीद की कि लेडेन से भरा ग्लास जार इस तरल पदार्थ को पकड़ लेगा। वह पोमेरानिया में कैमिन के गिरजाघर में  उपयाजक थे, जो अब जर्मनी और पोलैंड के बीच विभाजित क्षेत्र है।

अक्टूबर 1745 में, वॉन क्लेस्ट ने छोटी दवा की बोतल में बिजली जमा करने की कोशिश की जिसमें कॉर्क में कील डाला गया था। वह जॉर्ज मैथ्यू बोस द्वारा विकसित प्रयोग का अनुसरण कर रहे थे, जहां ऐल्कहॉलिक स्पिरिट्स को दूर करने के लिए पानी के माध्यम से बिजली भेजी गई थी। उन्होंने अपनी घर्षण मशीन के ऊपर लटके बड़े प्राइम कंडक्टर (बोस द्वारा आविष्कृत) से बोतल को आवेश करने का प्रयास किया।

वॉन क्लेस्ट को पता था कि कांच "द्रव" के बाहर निकलने में बाधा उत्पन्न करेगा और इसलिए आश्वस्त था कि पर्याप्त विद्युत आवेश एकत्र किया जा सकता है और इसके भीतर रखा जा सकता है। उसे उपकरण से महत्वपूर्ण झटका लगा जब उसने गलती से कॉर्क के माध्यम से कील को छुआ जबकि अभी भी बोतल को उसके दूसरे हाथ में ले रहा था। उसने अपने परिणामों को कम से कम पांच अलग-अलग विद्युत प्रयोगकर्ताओं को सूचित किया, नवंबर 1745 से मार्च 1746 तक कई पत्रों में, लेकिन इस बात की कोई पुष्टि नहीं हुई कि उन्होंने अप्रैल 1746 तक उसके परिणामों को दोहराया था। पोलिश-लिथुआनियाई भौतिक विज्ञानी डेनियल ग्रालथ ने वॉन क्लेस्ट के प्रयोग के बारे में वॉन क्लेस्ट के पत्र को देखने से सीखा, जो नवंबर 1745 में लिखा गया था। दिसंबर 1745 में ग्रेलथ के प्रयोग को पुन: पेश करने के असफल प्रयास के बाद, उन्होंने अधिक जानकारी के लिए वॉन क्लेस्ट को लिखा (और बताया गया था) प्रयोग बेहतर काम करेगा यदि लेडेन से आधी भरी हुई ट्यूब का उपयोग किया जाए)। ग्रेलाथ (गॉटफ्रीड रेजर) के सहयोग से 5 मार्च 1746 को वांछित प्रभाव प्राप्त करने में सफल रहा, हाथ में कील के साथ छोटी ग्लास दवा की बोतल पकड़े हुए, इसे इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर के करीब ले गया, और फिर दूसरे हाथ को कील के करीब ले गया। वॉन क्लिस्ट ने बोतल को पकड़े हुए अपने कंडक्टिंग हैंड के महत्व को नहीं समझा - और वह और उनके संवाददाता दोनों डिवाइस को पकड़ने के लिए अनिच्छुक थे जब उन्हें बताया गया कि झटका उन्हें कमरे में फेंक सकता है। लेडेन में वॉन क्लेस्ट के छात्र सहयोगियों ने कुछ समय पहले यह काम किया कि हाथ आवश्यक तत्व प्रदान करता है।

मुसचेनब्रोक और क्यूनेयस
लेडेन जार के आविष्कार का श्रेय लंबे समय तक लीडेन विश्वविद्यालय के भौतिकी के प्रोफेसर पीटर वैन मुस्चेनब्रोक को दिया गया, जिन्होंने परिवार की फाउंड्री भी चलाई, जिसमें पीतल केननट और छोटा व्यवसाय (डी ओस्टरसे लैंप - द ईस्टर्न लैंप) था, जिसने वैज्ञानिक और चिकित्सा उपकरण बनाए और वैज्ञानिक सज्जनों के लिए अपने स्वयं के क्यूरी और उपकरणों के कैबिनट स्थापित करने के लिए उत्सुक थे।

इवाल्ड वॉन क्लेस्ट को हाइड्रोलिक सादृश्य का उपयोग करके श्रेय दिया जाता है और उन्होंने अपनी उंगली से पानी से स्पार्कल करके बोस को इसका प्रदर्शन किया।

वॉन क्लेस्ट की तरह, मुसचेनब्रोक भी बोस के प्रयोग में रुचि रखते थे और दोहराने का प्रयास कर रहे थे। इस समय के दौरान, एक वकील, एंड्रियास कुनेयस ने मस्कैनब्रुक से इस प्रयोग के बारे में सीखा, और घरेलू वस्तुओं के साथ घर पर प्रयोग की नकल करने का प्रयास किया। "ड्यूफे के नियम" से अनभिज्ञ, कि प्रायोगिक उपकरण को पृथक किया जाना चाहिए, आवेश करते समय कुनेयस ने अपने जार को अपने हाथ में पकड़ रखा था और इस तरह सबसे पहले यह पता चला कि इस तरह का प्रायोगिक सेटअप गंभीर झटका दे सकता है। उन्होंने अपनी प्रक्रिया और अनुभव को स्विस-डच प्राकृतिक दार्शनिक जीन-निकोलस-सेबस्टियन अलामैंड, मुसचेन्ब्रुक के सहयोगी को बताया। अलामंद और मुसचेनब्रुक को भी गंभीर झटके मिले। मोस्चेन्ब्रुक ने 20 जनवरी 1746 के पत्र में फ्रांस के एंटोमोलोजिस्ट रेने एंटोनी फर्चॉल्ट डी रियुमूर को इस प्रयोग की जानकारी दी, जो फ्रेंच एकेडमी ऑफ साइंसेज में मुस्चेन्ब्रुक के नियुक्त संवाददाता थे। एबे जीन-एंटोनी नोलेट ने इस रिपोर्ट को पढ़ा, प्रयोग की पुष्टि की और फिर अप्रैल 1746 में पेरिस अकादमी की सार्वजनिक बैठक में मुसचेनब्रुक का पत्र पढ़ा (लैटिन से फ्रेंच में अनुवाद)।

अपनी कंपनी के 'कैबिनेट' उपकरणों की बिक्री के लिए फ़्रांस में मुसचेनब्रुक का आउटलेट अब्बे नोलेट था (जिसने 1735 में डुप्लिकेट उपकरणों का निर्माण और बिक्री प्रारंभ की थी)। इसके बाद नोलेट ने इलेक्ट्रिकल स्टोरेज डिवाइस को 'लेडेन जार' नाम दिया और इसे वैज्ञानिक जिज्ञासा वाले धनी लोगों के अपने बाजार में विशेष प्रकार के फ्लेस्क के रूप में प्रचारित किया। क्लेस्टियन जार को इसलिए लेडेन जार के रूप में प्रचारित किया गया था और जैसा कि पीटर वैन मुस्चेनब्रोक और उनके परिचित एंड्रियास क्यूनेयस द्वारा खोजा गया था। हालांकि, मुसचेनब्रुक ने कभी यह दावा नहीं किया कि उन्होंने इसका आविष्कार किया था और कुछ लोग सोचते हैं कि कुनेयस का उल्लेख केवल उसे श्रेय देने के लिए किया गया था।

आगामी विकास
"मस्चेन्ब्रुक की रिपोर्ट के कुछ ही महीनों बाद कि " लेडेन जार" को कैसे विश्वसनीय रूप से बनाने के लिए, अन्य विद्युत शोधकर्ता अपने स्वयं के लेडेन जार के साथ प्रयोग कर रहे थे।" उसके व्यक्‍त मूल हितों में से यह देखना था कि क्या कुल संभव प्रभार बढ़ाया जा सकता है।

29 मई 1746 को रॉयल सोसाइटी को पत्र में एकल लेडेन जार के साथ पहला अनुभव दर्ज किया गया था, जोहान हेनरिक विंकलर ने 28 जुलाई 1746 को एक प्रकार की इलेक्ट्रोस्टैटिक बैटरी में तीन लेडेन जार को एक साथ जोड़ा था। 1746 में, अब्बे नोलेट ने फ्रांस के राजा लुई XV के संपादन के लिए दो प्रयोग किए, जिनमें से पहले में उन्होंने 180 फ्रांस के राजा का सैन्य घर के माध्यम से लेडेन जार का निर्वहन किया और दूसरी में बड़ी संख्या में कारुतीय भिक्षुओं के माध्यम से, जिनमें से सभी एक साथ हवा में अधिक या कम कूद गए। न तो राजा और न ही प्रायोगिक विषयों की राय दर्ज की गई है।

डेनियल ग्रेलथ ने 1747 में बताया कि 1746 में उन्होंने दो या तीन जार को जोड़ने का संभवतः श्रृंखला में प्रयोग किया था।

1746-1748 में, बेंजामिन फ्रैंकलिन ने लेडेन जार को श्रृंखला में आवेश करने का प्रयोग किया और ऐसी प्रणाली विकसित की जिसमें कांच के 11 फलकों को सम्मिलित किया गया, जिसमें प्रत्येक तरफ पतली सीसे की प्लेटें चिपकी हुई थीं और फिर एक साथ जुड़ी हुई थीं। उन्होंने 1749 में अपने विद्युत अनुसंधान के बारे में 1749 के पत्र में अपनी इलेक्ट्रोस्टैटिक बैटरी का वर्णन करने के लिए विद्युत बैटरी शब्द का इस्तेमाल किया। यह संभव है कि फ्रैंकलिन का शब्द बैटरी का चयन उनके पत्र के समापन पर विनोदी शब्द-अभिव्यक्ति से प्रेरित था, जहां उन्होंने अन्य बातों के अलावा, बंदूकों की बैटरी से विद्युत शोधकर्ताओं को सलामी देने के बारे में लिखा था। यह विद्युत बैटरी शब्द का पहला रिकॉर्ड किया गया उपयोग है। 1746-1748 की अवधि के दौरान लेयडेन जार को जोड़ने के लिए कई और तेजी से हुए विकास के परिणामस्वरूप माध्यमिक साहित्य में विभिन्न प्रकार के भिन्न-भिन्न विवरण सामने आए, जिनके बारे में लेयडेन जार को जोड़ने के द्वारा पहली "बैटरी" बनाई, चाहे वे श्रृंखला में हों या समानांतर, और जिन्होंने पहले शब्द "बैटरी" का उपयोग किया था। इस शब्द का उपयोग बाद में कई विद्युत रासायनिक कोशिकाओं के संयोजन के लिए किया गया था, जो बैटरी शब्द का आधुनिक अर्थ है।

स्वीडिश भौतिक विज्ञानी, रसायनज्ञ और मौसम विज्ञानी, टोरबर्न बर्गमैन ने बिजली पर बेंजामिन फ्रैंकलिन के अधिकांश लेखन का जर्मन में अनुवाद किया और इलेक्ट्रोस्टैटिक गुणों का अध्ययन करना जारी रखा।

1756 के अंत में, फ्रांज एपिनस ने, जोहान विल्के के साथ सहयोग और स्वतंत्र कार्य की  जटिल अंतः क्रिया में, एयर कोंडेंसर विकसित किया, जो कि डिलेइलेक्ट्रिक के रूप में कांच के बजाय हवा का उपयोग करके लेडन जार पर भिन्नता थी। इस कार्य प्रणाली ने, ग्लास के बिना, बेंजामिन फ्रैंकलिन के लेडन जार के स्पष्टीकरण के लिए समस्या पैदा की, जिसने कहा कि आरोप कांच में स्थित था।

18वीं शताब्दी के अंत में विद्युत चिकित्सा के विक्टोरियन चिकित्सा क्षेत्र में बिजली के झटके से विभिन्न प्रकार की बीमारियों का इलाज करने के लिए इसका इस्तेमाल किया गया था। 19वीं शताब्दी के मध्य तक, लेडेन जार लेखकों के लिए इतना सामान्य हो गया था कि उनके पाठकों को इसके मूल संचालन के बारे में पता था और समझ में आ गया था। सदी के अंत के आसपास स्पार्क-गैप ट्रांसमीटर और मेडिकल इलेक्ट्रोथेरेपी उपकरण में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा। 20 वीं शताब्दी की प्रारम्भ तक, डाइलेक्ट्रिक्स में सुधार और रेडियो की नई तकनीक में उपयोग के लिए उनके आकार और अवांछित अधिष्ठापन और विद्युत प्रतिरोध को कम करने की आवश्यकता ने लेडेन जार को कैपेसिटर के आधुनिक कॉम्पैक्ट रूप में विकसित करने का कारण बना।

डिजाइन (प्रारुप)
विशिष्ट डिजाइन में ग्लास जार होता है, जो आंतरिक और बाहरी सतहों को टिन फोइल कोटिंग करता है। फोइल कोटिंग जार के मुंह से दूर रहती हैं, ताकि आवेश के बीच होने वाले भार को रोका जा सके। धातु रॉड इलेक्ट्रोड जार के मुहाने पर गैर-प्रवाहकीय डाट के माध्यम से प्रोजेक्ट करता है, विद्युत रूप से कुछ माध्यमों (सामान्यतः लटकी हुई श्रृंखला) से जुड़ा होता है, जिससे इसे आवेश किया जा सके। जार इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर या विद्युत चार्ज के अन्य स्रोत द्वारा चार्ज किया जाता है, जो आंतरिक इलेक्ट्रोड से जुड़ा होता है, जबकि बाहरी फोइल जमीन से जुड़ा होता है। जार की आंतरिक और बाहरी सतह समान लेकिन विपरीत प्रभारों को संग्रहीत करती है। उपकरण का मूल रूप आंशिक रूप से पानी से भरी कांच की बोतल है, जिसमें धातु का तार कॉर्क से होकर गुजरता है। बाहरी प्लेट की भूमिका प्रयोगकर्ता के हाथ से प्रदान की जाती है। जल्द ही जॉन साक्ष्य ने पाया (1747 में) कि धातु कोटिंग के साथ जार के बाहरी हिस्से को कोट करना संभव था, और उन्होंने यह भी पाया कि वह दोनों तरफ धातु कोटिंग के साथ कांच की प्लेट का उपयोग करके समान प्रभाव प्राप्त कर सकते हैं। इन विकासों ने विलियम वॉटसन (वैज्ञानिक) को उसी वर्ष प्रेरित किया कि वे पानी के उपयोग को कम करते हुए अंदर और बाहर दोनों तरफ धातु कोटिंग से बने जार का निर्माण करें।

प्रारंभिक प्रयोगकर्ताओं (जैसे 1746 में बेंजामिन विल्सन) ने बताया कि परावैद्युत जितना पतला होगा और सतह जितनी बड़ी होगी, उतना ही अधिक आवेश जमा हो सकता है।

इलेक्ट्रोस्टैटिक्स में आगे के विकास से पता चला कि डाईइलेक्ट्रिक सामग्री आवश्यक नहीं थी, लेकिन स्टोरेज क्षमता (कैपेसिटेंस) में वृद्धि हुई और प्लेटों के बीच आरिंग को रोका गया। छोटी दूरी से अलग हुई दो प्लेटें निर्वात में भी संधारित्र के रूप में कार्य करती हैं।

आवेश का भंडारण
प्रारंभ में यह माना गया था कि आरोप को प्रारंभिक लेडेन जार में पानी में संग्रहीत किया गया था। 1700 के दशक में अमेरिकी राजनेता और वैज्ञानिक बेंजामिन फ्रैंकलिन ने पानी से भरे और फिला लेडेन जार दोनों की व्यापक जांच की, जिसके कारण उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि आवेश पानी में नहीं बल्कि गिलास में संग्रहित किया गया था। फ्रेंकलिन की वजह से लोकप्रिय प्रयोग, जो यह प्रदर्शित करता प्रतीत होता है कि यह आवेश किए जाने के बाद जार को अलग कर देता है और यह दिखाता है कि धातु की प्लेटों पर थोड़ा सा आवेश पाया जा सकता है, और इसलिए यह डाईइलेक्ट्रिक में होना चाहिए। इस प्रदर्शन का पहला दस्तावेज फ्रैंकलिन के 1749 पत्र में है। फ्रेंकलिन ने डिसक्टिबल लेडेन जार (राइट) डिजाइन किया, जिसका व्यापक रूप से प्रदर्शन में उपयोग किया गया था। जार का निर्माण ग्लास कप से किया गया है जिसमें से दो काफी बारीक धातु के कप होते हैं। जब जार को उच्च वोल्टेज से आवेश किया जाता है और सावधानीपूर्वक विघटित किया जाता है, तो यह पता चला है कि सभी भागों को बिना जार का निर्वहन किए स्वतंत्र रूप से संभाला जा सकता है। यदि टुकड़ों को फिर से जोड़ा जाता है, तो उससे बड़ी स्पार्क प्राप्त की जा सकती है।

यह परीक्षण सुझाव देता है कि कैपेसिटर अपने आवेश को अपने ढांकता हुआ अंदर जमा करते हैं। यह सिद्धांत 1800 के दशक में पढ़ाया गया था। हालांकि, यह घटना लेडेन जार पर उच्च वोल्टेज के कारण होने वाला एक विशेष प्रभाव है। डिसक्टिबल लेडेन जार में, आवेश को कांच के कप की सतह पर कोरोना डिस्चार्ज  द्वारा स्थानांतरित किया जाता है जब जार को अलग किया जाता है; यह जार के पुन: संयोजन के बाद अवशिष्ट आवेश का स्रोत है। डिसअसेंबल करते समय कप को संभालना, सतह के सभी आवेश को हटाने के लिए पर्याप्त संपर्क प्रदान नहीं करता है। सोडा ग्लास हीड्रोस्कोपिक है और इसकी सतह पर आंशिक रूप से प्रवाहकीय कोटिंग बनाता है, जो आवेश को धारण करता है। एडनब्रुक (1922) ने पाया कि पैराफिन वैक्स से बने विदारक जार में, या नमी को दूर करने के लिए बेक किए गए ग्लास में, आवेश धातु की प्लेटों पर बना रहता है। जेलेनी (1944) ने इन परिणामों की पुष्टि की और कोरोना आवेश ट्रांसफर का अवलोकन किया।

आवेश की मात्रा
मूल रूप से, कैपेसिटी की मात्रा को किसी दिए गए आकार के 'जार्स' की संख्या में या कुल लेपित क्षेत्र के माध्यम से मापा गया था, जो उचित मानक मोटाई और ग्लास की संरचना को मानते थे। एक पिंट आकार के विशिष्ट लेयडेन जार में लगभग 1 nF का संधारिता होता है।

अवशिष्ट आवेश
यदि आवेश लेयडेन जार को आंतरिक और बाहरी कोटिंग को छोटा करके डिस्चार्ज कर दिया जाता है और कुछ मिनट के लिए बैठने के लिए छोड़ दिया जाता है, तो जार अपने कुछ पिछले आवेश को ठीक कर देगा, और इससे दूसरी स्पार्क प्राप्त की जा सकती है। प्रायः यह दोहराया जा सकता है, और 4 या 5 स्पार्क्स की श्रृंखला, लंबाई में कमी, अंतरालों पर प्राप्त की जा सकती है। यह प्रभाव परावैद्युत अवशोषण के कारण होता है।

यह भी देखें

 * फ्रेंकलिन घंटी

बाहरी कड़ियाँ

 * Leyden Jar – Interactive Java Tutorial National High Magnetic Field Laboratory
 * Schechner, Sara J.“The Art of Making Leyden Jars and Batteries according to Benjamin Franklin.” eRittenhouse 26 (2015).
 * Science fair project idea.