Collisions expérimentales de l'expérience de Leiden

En 1913 L'Université de Petersburg a reçu un nouvel employé - le physicien A.F. Ioffe. Sous la spécialité d'un ingénieur technologue, avec un penchant pour le travail scientifique, il avait auparavant travaillé à l'Université de Munich pendant plusieurs années sous la direction du meilleur physicien expérimental européen V.K.Rentgen. Là, il a soutenu sa thèse de doctorat.

Maintenant, son physicien était O.D. Hvolson. Dans une conversation sur les recherches à venir, ce leader lui a suggéré de "continuer la merveilleuse tradition des scientifiques russes" pour reproduire les meilleurs travaux scientifiques étrangers. Il est clair que l'étudiant en radiographie, le tout premier lauréat du prix Nobel de physique, même à en entendre parler était étrange. Il a de nouveau demandé: "N'est-il pas préférable de soulever de nouveaux problèmes non résolus?" À quoi Hvolson a répondu: «Mais peut-on inventer quelque chose de nouveau en physique? Pour ce faire, vous devez être GJ Thomson. »

En effet, J. Thomson, le découvreur de l'électron, était un physicien majeur. Mais ensuite, il s'est avéré que A.F. Ioffe était également en mesure de poser des questions en science et la technologie des semi-conducteurs dans le monde entier a essentiellement commencé avec elle. En outre, il était l'organisateur d'une école scientifique russe, dont les étudiants seraient fiers de n'importe quel pays dans le monde, y compris I.V. Kurchatov et les lauréats du prix Nobel N.N.Semenov, P.L. Kapitsa.

La capacité de poser des questions sur la nature et de recevoir des réponses par l'expérience est considérée comme la chose la plus importante dans la vie de la science. Et les chiffres qui savent comment le faire ne sont que des scientifiques exceptionnels. Mais elle avait également tort et O.D. Hvolson. Les fondements de la physique moderne sont les conclusions des travaux des pionniers, qui sont régulièrement vérifiés, revérifiés et affinés. Si les conclusions ne sont pas confirmées, des pans entiers des sciences s'effondrent, puis érigent minutieusement de nouveaux murs, branches de cette science, qui conduisent à de nouvelles découvertes, à de nouvelles constructions. Un tel processus dure des siècles et il n'y a pas de fin à cela.

Nous racontons ici l'histoire d'une expérience d'un scientifique qui était intéressé par une question scientifique prometteuse sur un phénomène physique et qui a essayé de le résoudre avec une expérience simple et convaincante, mais qui a conduit à une situation appelée collision. C'est le cas lorsque les résultats obtenus se contredisent.

Personne ne peut nommer la date exacte de la découverte scientifique du fait que les charges électriques peuvent être accumulées à l'aide d'appareils spéciaux, appelés plus tard banques de Leiden et développés plus tard dans des appareils appelés condensateurs électriques. Mais on peut affirmer qu'après 1745. à l'aide du pot de Leyde, il a été possible de découvrir la grande vitesse de propagation de l'électricité, son effet sur le corps humain et animal, la possibilité d'allumer des gaz combustibles avec des étincelles électriques, etc. Des milliers de chercheurs tentent d'utiliser cet appareil pour les besoins de l'économie nationale. Cependant, pour une raison quelconque, personne n'essaie d'étudier la banque de Leiden elle-même.

La première question à la nature sur la rive elle-même est posée par le grand scientifique autodidacte américain Benjamin Franklin. Rappelons que le pot de Leyde à cette époque était une bouteille d'eau bouchée ordinaire, dans le bouchon de laquelle une tige de fer a été insérée qui a touché cette eau. La bouteille elle-même était soit tenue en main, soit placée sur une feuille de plomb. C'était tout son appareil.

Franklin se demandait de savoir où dans ce simple appareil verre métal et eau l'électricité peut s'accumuler. Dans une tige de fer, de l'eau ou la bouteille elle-même? Maintenant qu'il existe différents instruments de mesure et que la moitié de la population utilise des ordinateurs, cette question en laissera beaucoup perplexes.Voyons comment ce problème a été résolu en 1748, lorsque l'expérimentateur lui-même était le seul appareil de mesure, passant à travers lui-même des chocs électriques douloureux. Pour la plupart, nous fournirons une description des expériences par l'auteur des expériences lui-même, afin de vérifier leur ingénieuse simplicité.

«Dans le but d'examiner le pot électrifié pour déterminer où son pouvoir est caché, nous l'avons placé sur le verre et retiré le bouchon avec le fil. Ensuite, en prenant la boîte dans une main et en levant l'autre doigt vers son cou, nous avons retiré une forte étincelle de l'eau avec un coup tout aussi fort, comme si le fil restait à sa place, et cela montrait que la force n'était pas cachée dans le fil. " Ici, l'auteur appelle la borne principale de la boîte un fil.

«Après cela, afin de savoir si l'électricité, comme nous le pensions, n'était pas dans l'eau, nous avons de nouveau électrifié la banque. Le mettant sur le verre, ils en retirèrent, comme auparavant, un fil avec un bouchon; puis nous avons versé toute l'eau de la boîte dans une bouteille vide, qui se trouvait également sur le verre. Nous pensions que si l'électricité était dans l'eau, nous toucherons alors cette bouteille. Aucun coup n'est venu. De là, nous avons conclu que l'électricité avait été perdue lors de la transfusion ou restée à la banque. »

"Le dernier s'est avéré être vrai, comme nous l'avons établi, parce que lors du test de cette boîte, un coup a suivi, même si nous y avons versé de l'eau pure de la bouilloire." Franklin n'avait pas d'autre choix que d'admettre que la charge à la banque ne pouvait être que dans son verre.

«Pour découvrir alors, cette propriété est inhérente au verre de la bouteille ou à sa forme, nous avons pris une feuille de verre, l'avons posée sur la paume de notre main, l'avons recouverte d'une plaque de plomb sur le dessus et électrifié cette dernière. Ils lui ont apporté un doigt, provoquant une étincelle avec un coup. " De cette façon, il a été déterminé que la forme du verre n'affecte pas le résultat. Le résultat de la résolution de ce problème a été pour Franklin l'invention d'un condensateur plat, dont une plaque était la paume de l'expérimentateur, et l'autre une feuille de plomb. Cependant, à l'avenir, il remplace également la paume de sa main par une feuille de plomb.

Qui pourrait avoir des doutes sur la pureté scientifique de l'expérience Yankee? Il pourrait affirmer en toute sécurité que dans une capacité électrique «sous une forme condensée», la charge est en VERRE. Si nécessaire, n'importe qui pourrait répéter ces expériences et vérifier les conclusions de Franklin. De telles expériences ont sûrement été menées et les conclusions ont été confirmées par de nombreux scientifiques. Un modèle de démonstration du pot de Leyde a même été créé, avec l'aide duquel ils ont montré aux étudiants une version simplifiée de l'expérience, puis ils se sont retrouvés avec la mauvaise conclusion. Après tout, si au lieu de l'eau, Franklin a utilisé du mercure dans l'expérience, le résultat pourrait être exactement le contraire.

Les expériences avec le pot de Leyde étaient très spectaculaires et pleinement conformes aux idées de l'absolutisme éclairé, alors elles sont devenues à la mode dans la haute société et même des personnes couronnées y ont participé. Et l'abbé J.A.Nollay a même pris le poste d'électricien officiel sous le roi Louis XV. Il a donné le nom de l'appareil au nom de la ville universitaire de Leiden aux Pays-Bas, où cet appareil a probablement été inventé.

Dix années d'expériences n'ont pas été vaines. Il a été établi avec précision que les résultats des expériences ne dépendaient pas de la composition de l'eau (tout le monde convenait). De plus, au lieu de l'eau, une fraction de plomb pouvait être versée dans le pot, ou simplement une feuille de plomb était renforcée à l'intérieur. Cela ne se reflétait pas dans l'action de la canette. Pour renforcer l'action, les banques ont appris à collecter dans des batteries.

Il a été constaté que les banques d'un volume plus important (donc avec une plus grande surface en verre) donnaient des décharges plus fortes. Mais la dépendance de l'impact sur l'épaisseur du verre était inverse. Des verres plus minces ont donné une décharge plus forte. Étonnamment, avec l'aide de l'électrocution du chercheur, les scientifiques ont assez précisément trouvé la formule bien connue de la capacité d'un condensateur plat. Par la suite, les historiens des sciences appellent en plaisantant cette méthode de mesure un SOCKET METER.(Du CHOC français - frapper, pousser).

Pour expliquer les phénomènes électriques dans la communauté scientifique, plusieurs théories ont été avancées qui ont trouvé une application parmi les scientifiques. Parmi eux se trouvait la théorie unitaire de l'électricité proposée par Franklin lui-même. Selon cette théorie, l'électricité était une sorte de liquide en apesanteur qui remplissait tous les corps. S'il y avait plus ou moins de ce fluide dans les corps, alors le corps a acquis une charge. Avec un excès de ce liquide, le corps avait une charge positive, avec une carence - négative. Cette théorie sera développée plus tard dans la théorie électronique de la conduction.

En utilisant cette théorie, il a été facile d'expliquer les phénomènes se produisant dans le condensateur (banque de Leiden). Lors de la charge, un fluide électrique circule d'une plaque de condensateur à l'autre. Le résultat est une charge positive sur une plaque et négative sur une autre. Le verre entre eux ne sert que d'isolant et rien d'autre. Il est facile de décharger un tel condensateur. Il suffit de fermer ces plaques avec un conducteur ou un corps humain. Mais les résultats de l’expérience de Franklin ont montré que la charge est dans le verre! Comment comprendre tout ça?

Certains scientifiques, afin de confirmer l'exactitude de la théorie unitaire, ont tenté de retirer le verre de l'expérience. Ils ont chargé deux barres métalliques suspendues à proximité. Il ne fait aucun doute qu'il s'agissait d'un condensateur, mais sans verre. Hélas, un tel condensateur expérimentateur n'a pas touché le courant et la question est restée sans réponse.

En 1757, le travail de l'académicien russe Franz Epinus «Expérience dans la théorie de l'électricité et du magnétisme» a été publié à Saint-Pétersbourg, qui décrit l'expérience qui a résolu ce problème. Il a pris comme base l'idée que l'électrification des barres était correcte, mais le choc de l'expérimentateur n'a pas été touché à cause de la petite capacité d'un tel condensateur. Et vous pouvez augmenter sa capacité en augmentant les plaques de condensateur et en réduisant la distance entre elles. Du fait que l'expérimentateur invente un nouveau type de capacité électrique pour cette expérience - un condensateur avec un diélectrique à air, nous donnons le texte de F. Epinus lui-même.

"Donc, pour obtenir une grande surface, j'ai pris soin de fabriquer des assiettes en bois, dont la surface était d'environ huit pieds carrés, je les ai accrochées, en superposant des feuilles de métal à une distance d'un pouce et demi les unes des autres dans une position parallèle les unes aux autres." Il a chargé un tel condensateur et déchargé à travers lui-même ..

«J'ai immédiatement reçu un choc violent, tout à fait similaire à celui provoqué par la banque de Leiden. De plus, cet appareil a pu reproduire tous les autres phénomènes qui sont obtenus dans la banque; il n'est pas nécessaire de les ignorer. » Notez que huit pieds carrés est un peu moins d'un mètre carré.

La dernière remarque sur «tous les autres phénomènes» est très significative. Il souligne que l'électricité provenant d'un tel condensateur est exactement la même que celle du pot de Leyde. Mais il n'y avait pas de verre et supposer que les charges sont dans l'air ambiant était improductif. Plus tard, en 1838, de telles substances «à travers ou à travers lesquelles agissent les forces électriques» M. Faraday appellera DIELECTRICS. Epinus fait une remarque dans le livre: "J'ai réalisé que quelque chose est arrivé à Franklin qui pourrait arriver à chaque personne", faisant allusion au proverbe latin - Errare humanum est - c'est la nature humaine de faire des erreurs.

Epinus a envoyé sa composition en Amérique spécialement pour Franklin, mais il a presque cessé de faire des recherches sur l'électricité, excluant l'utilisation pratique du paratonnerre qu'il avait inventé. Il est devenu politicien. Et Catherine II a été excommuniée de l'activité académique en Russie et F. Epinus. Elle l'a nommé professeur de physique pour son fils Paul, qui est devenu plus tard empereur. Mais il a été invité à Saint-Pétersbourg pour remplacer G.V. Richman, décédé lors de recherches sur l'électricité atmosphérique.Il se trouve que la question des expériences avec une banque de Leyde est restée longtemps sans réponse.

Et devant moi est un manuel sur l'électricité en 1918. publications. Il s'agit d'une traduction du livre de l'auteur français Georges Claude avec le titre long "L'électricité pour tous et chacun clairement énoncé." Il décrit l'expérience avec le pot de Leyde, comme à Franklin, mais déjà en l'absence d'eau du tout. Voir photo.

À gauche se trouve l'assemblage du bocal Leyden. Les lettres A, B et C indiquent ses composants. A et B sont l'intérieur et l'extérieur de la boîte. C est un bécher en verre servant d'isolant. Un tel assemblage de canettes est chargé lors d'une expérience de démonstration, puis une canette chargée est démontée par un démonstrateur dans des gants en caoutchouc. Pour prouver que les garnitures de boîtes n'ont pas de charge, elles sont en contact les unes avec les autres. Assurez-vous qu'il n'y a pas d'étincelle. Ensuite, le pot est collecté. Étonnamment, il est à nouveau chargé et donne une étincelle puissante. Cette expérience en a déconcerté beaucoup. Et la science ne souffre pas d'ambiguïtés. Cependant, une explication de la situation n'a été donnée qu'en 1922.

Cette année-là, dans le London Journal of Philosophy, un article a été publié par le physicien J. Addenbrook, «Study of Franklin’s experiences with a Leyden jar», où l’auteur a trouvé des résultats étonnants qui pointaient tout i. Il s'avère que dans des conditions normales le verre est toujours recouvert d'un film d'eau, on l'observe en embuée les fenêtres. Soit dit en passant, ce film n'est pas toujours observé visuellement. Et là, les charges sur le condensateur démonté restent et jouent le rôle de plaques dans un verre autonome. Quand Addenbrook utilise un verre non pas de verre, mais de paraffine, sur lequel il ne se forme pas de film de verre, le résultat est l'opposé de celui de Franklin. Dans une atmosphère sèche, "l'effet Franklin" sur une berge repliable de Leiden n'est pas non plus observé.