Leidenes pieredzes eksperimentālās sadursmes

1913. gadā Pēterburgas universitāte uzņēma jaunu darbinieku - fiziķi A. F. Ioffe. Pēc tehnologa inženiera specialitātes un aizrautīgs ar zinātnisko darbu, pirms tam viņš vairākus gadus bija strādājis Minhenes universitātē labākā Eiropas eksperimentālā fiziķa V.K.Rentgena vadībā. Tur viņš aizstāvēja doktora disertāciju.

Tagad viņa fiziķis bija O. D. Hvolsons. Sarunā par gaidāmajiem pētījumiem šis vadītājs ieteica viņam "turpināt brīnišķīgo krievu zinātnieku tradīciju" reproducēt labākos ārzemju zinātniskos darbus. Ir skaidrs, ka rentgena students, pats pirmais Nobela prēmijas ieguvējs fizikā, pat dzirdēt par to bija dīvains. Viņš vēlreiz jautāja: "Vai nav labāk izvirzīt jaunus neatrisinātus jautājumus?" Uz kuru Hvolsons atbildēja: “Bet vai fizikā var izgudrot kaut ko jaunu? Lai to izdarītu, jums jābūt GJ Thomson. ”

Patiešām, elektronu atklājējs J. Thomsons bija ievērojams fiziķis. Bet tad izrādījās, ka A. F. Ioffe varēja uzdot jautājumus arī zinātnē, un visas pasaules pusvadītāju tehnoloģija būtībā sākās ar to. Turklāt viņš bija krievu zinātniskās skolas organizators, kuras audzēkņi varētu lepoties ar jebkuru pasaules valsti, tostarp I. V. Kurčatovs un Nobela prēmijas laureāti N. N. Semenovs, P. L. Kapitsa.

Spēja uzdot jautājumus par dabu un saņemt atbildes eksperimenta veidā tiek uzskatīta par vissvarīgāko zinātnes dzīvē. Un skaitļi, kas zina, kā to izdarīt, ir tikai izcili zinātnieki. Bet viņa arī kļūdījās un O. D. Hvolsons. Mūsdienu fizikas pamatu veido pionieru darba secinājumi, kas tiek regulāri pārbaudīti, divreiz pārbaudīti un pilnveidoti. Ja secinājumi netiek apstiprināti, veselas zinātņu sadaļas sabrūk un tad cītīgi uzceļ jaunas sienas, šīs zinātnes nozares, kas ved uz jauniem atklājumiem, uz jaunām konstrukcijām. Šāds process ilgst gadsimtiem ilgi, un tam nav gala.

Šeit mēs stāstām par zinātnieka eksperimentu, kuru interesēja daudzsološs zinātnisks jautājums par fizisku parādību un kurš mēģināja to atrisināt ar vienkāršu un pārliecinošu pieredzi, bet kura rezultātā izveidojās situācija, ko sauc par sadursmi. Tas ir gadījumā, kad iegūtie rezultāti ir pretrunā viens ar otru.

Neviens nevar nosaukt precīzu zinātniskā atklājuma datumu par to, ka elektriskos lādiņus var uzkrāt, izmantojot īpašas ierīces, kuras vēlāk sauca par Leiden bankām un vēlāk tika izstrādātas ierīcēs ar nosaukumu elektriskie kondensatori. Bet var apgalvot, ka pēc 1745. ar Leyden burkas palīdzību bija iespējams uzzināt lielu elektrības izplatības ātrumu, tā ietekmi uz cilvēka un dzīvnieka ķermeni, iespēju aizdedzināt viegli uzliesmojošas gāzes ar elektriskām dzirkstelēm utt. Tūkstošiem pētnieku mēģina izmantot šo ierīci valsts ekonomikas vajadzībām. Tomēr kaut kādu iemeslu dēļ neviens nemēģina izpētīt pašu Leiden banku.

Pirmo jautājumu dabai pašā bankā uzdod lielais amerikāņu pašmācības zinātnieks Bendžamins Franklins. Atgādiniet, ka Leyden burka tajā laikā bija parasta korķēta ūdens pudele, kuras korķī bija ievietota dzelzs stienis, kas pieskārās šim ūdenim. Pati pudele tika turēta rokās vai novietota uz svina loksnes. Tā bija visa viņas ierīce.

Franklins brīnījās, lai uzzinātu kur šajā vienkāršajā ierīcē stikla metāls un ūdens var uzkrāties elektrība. Dzelzs stienī, ūdenī vai pašā pudelē? Tagad, kad ir dažādi mērinstrumenti un puse iedzīvotāju izmanto datorus, šis jautājums satrauks daudzus.Ļaujiet mums redzēt, kā šī problēma tika atrisināta 1748. gadā, kad pats eksperimentētājs, izlaižot sāpīgus elektrošokus, bija vienīgā mērīšanas ierīce. Lielākoties mēs sniegsim paša eksperimenta autora veikto eksperimentu aprakstu, lai pārbaudītu to ģeniālo vienkāršību.

“Plānojot pārbaudīt elektrificēto burku, lai noskaidrotu, kur tā vara ir paslēpta, mēs to novietojām uz stikla un korķi ar vadu noņēmām. Tad, paņemot kārbu vienā rokā un paceļot otru pirkstu pie tās kakla, mēs ar tikpat spēcīgu sitienu no ūdens izņēmām spēcīgu dzirksteli, it kā vads paliktu savā vietā, un tas parādīja, ka stieplē spēks nav paslēpts. " Autors šeit kannas svina spaili sauc par vadu.

“Pēc tam, lai noskaidrotu, vai elektrība, kā mēs domājām, nebija ūdenī, mēs atkal elektrificējām banku. Liekot to uz stikla, viņi, tāpat kā iepriekš, izņēma no tā vadu ar aizbāzni; tad mēs visu ūdeni no kannas izlejām tukšā pudelē, kas arī stāvēja uz stikla. Mēs ticējām, ka, ja elektrība bija ūdenī, tad, pieskaroties šai pudelei, mēs saņemsim triecienu. Neviens trieciens nenāca. No šejienes mēs secinājām, ka pārliešanas laikā elektrība bija pazudusi vai palikusi bankā. ”

"Kā mēs noskaidrojām, tas izrādījās taisnība, jo, pārbaudot šo kannu, sekoja trieciens, lai arī mēs tajā ielejām tīru ūdeni no tējkannas." Franklinam nebija citas izvēles kā atzīt, ka maksa bankā varēja būt tikai tās glāzē.

“Lai uzzinātu, vai šis īpašums piemīt pudeles stiklam vai tā formai, mēs paņēmām stikla loksni, uzklājām to uz plaukstas, pārklājām ar svina plāksni augšpusē un pēdējo elektrificējām. Viņi ienesa viņai pirkstu, kā rezultātā radās dzirksts ar sitienu. " Tādā veidā tika noteikts, ka stikla forma neietekmē rezultātu. Šīs problēmas risināšanas rezultāts Franklinam bija plakanā kondensatora izgudrojums, kura viena plāksne bija eksperimentētāja plauksta, bet otra - svina loksne. Tomēr nākotnē viņš arī aizvieto plaukstu ar svina loksni.

Kurš varēja šaubīties par jenku eksperimenta zinātnisko tīrību? Viņš varēja droši apgalvot, ka elektriskā kapacitātē “kondensētā formā” lādiņš atrodas STIKLĀ. Vajadzības gadījumā ikviens varēja atkārtot šos eksperimentus un pārbaudīt Franklina secinājumus. Protams, šādi eksperimenti tika veikti, un secinājumus apstiprināja daudzi zinātnieki. Pat tika izveidots Leyden burkas demonstrācijas modelis, ar kura palīdzību viņi parādīja studentiem eksperimenta vienkāršotu versiju, kas pēc tam izrādījās nepareizs secinājums. Galu galā, ja Franklins ūdens vietā eksperimentā izmantoja dzīvsudrabu, rezultāts varētu būt tieši pretējs.

Eksperimenti ar Leyden burku bija ļoti iespaidīgi un pilnībā saskanēja ar apgaismotā absolūtisma idejām, tāpēc tie kļuva moderni augstākajā sabiedrībā un tajos piedalījās pat kronētas personas. Un abats J. A. Nollay pat ieņēma oficiāla elektriķa amatu karaļa Luija XV pakļautībā. Ierīcei viņš deva vārdu universitātes pilsētas Leidenes vārdā Holandē, kur šī ierīce, visticamāk, tika izgudrota.

Desmit gadu eksperimenti nebija veltīgi. Tika precīzi noteikts, ka eksperimentu rezultāti nav atkarīgi no ūdens sastāva (jebkura piemērota). Turklāt ūdens vietā burkā varēja ieliet svina frakciju vai arī tās iekšpusē vienkārši nostiprināja svina foliju. Tas nebija atspoguļots kārbas darbībā. Lai pastiprinātu darbību, bankas ir iemācījušās savākt akumulatorus.

Tika konstatēts, ka lielāka tilpuma bankas (tātad ar lielāku stikla virsmu) izdalās spēcīgāk. Bet trieciena atkarība no stikla biezuma bija apgriezta. Plānas brilles deva spēcīgāku izdalījumu. Pārsteidzoši, ka ar pētnieka elektrošoka palīdzību zinātnieki diezgan precīzi nāca klajā ar plaši pazīstamo plakanā kondensatora kapacitātes formulu. Pēc tam zinātnes vēsturnieki jokojot šo mēra metodi sauc par SOCKET METER.(No franču SHOCK - sit, spied).

Lai izskaidrotu elektriskās parādības zinātnieku aprindās, ir izvirzītas vairākas teorijas, kuras zinātnieku vidū ir atradušas pielietojumu. Starp tiem bija paša Franklina ierosinātā vienotā elektrības teorija. Saskaņā ar šo teoriju, elektrība bija sava veida bezsvara šķidrums, kas piepildīja visus ķermeņus. Ja ķermeņos bija vairāk vai mazāk šī šķidruma, tad ķermenis ieguva lādiņu. Ar pārmērīgu šī šķidruma daudzumu ķermenim bija pozitīvs lādiņš, ar deficītu - negatīvs. Šī teorija vēlāk tiks attīstīta elektroniskajā vadītspējas teorijā.

Izmantojot šo teoriju, bija viegli izskaidrot parādības, kas notiek kondensatorā (Leiden bankas). Uzlādēšanas laikā no vienas kondensatora plāksnes uz otru plūst elektrisks šķidrums. Rezultāts ir pozitīvs lādiņš vienā plāksnē un negatīvs otrā. Stikls starp tiem kalpo tikai kā izolators un nekas cits. Šādu kondensatoru ir viegli izlādēt. Pietiek, lai aizvērtu šīs plāksnes ar vadītāju vai cilvēka ķermeni. Bet Franklina pieredzes rezultāti parādīja, ka lādiņš ir glāzē! Kā to visu saprast?

Daži zinātnieki, lai apstiprinātu vienotās teorijas pareizību, mēģināja no pieredzes izņemt stiklu. Viņi lādēja divus metāla stieņus, kas karājās tuvumā. Nav šaubu, ka tie bija kondensators, bet bez stikla. Diemžēl šāds eksperimentētāja kondensators netrāpīja līdz strāvai, un jautājums palika neatrisināts.

1757. gadā Sanktpēterburgā tika publicēts krievu akadēmiķa Franca Epinusa darbs “Pieredze elektrības un magnētisma teorijā”, kurā aprakstīta pieredze, kas šo problēmu atrisināja. Viņš par pamatu ņēma ideju, ka stieņu elektrifikācija ir pareiza, taču eksperimentatora trieciens nebija noticis šāda kondensatora mazās ietilpības dēļ. Un jūs varat palielināt tā ietilpību, palielinot kondensatora plāksnes un samazinot attālumu starp tām. Sakarā ar to, ka eksperimentētājs šim eksperimentam izgudro jauna veida elektrisko kapacitāti - kondensatoru ar gaisa dielektriķi, mēs dodam paša F. Epinusa tekstu.

"Tātad, lai iegūtu lielu virsmu, es rūpējos par koka plākšņu izgatavošanu, kuru virsma bija apmēram astoņas kvadrātpēdas, es tās piekārtu, pārklājot metāla loksnes pusotras collas attālumā viena no otras pozīcijā, kas bija paralēla." Viņš uzlādēja šādu kondensatoru un pats izlādējās ..

“Es uzreiz saņēmu spēcīgu šoku, pilnīgi līdzīgu tam, ko izraisīja Leidenes banka. Turklāt šī ierīce spēja reproducēt visas citas parādības, kas tiek iegūtas bankā; nav nepieciešams tos nepamanīt. ” Ņemiet vērā, ka astoņas kvadrātpēdas ir nedaudz mazāk par kvadrātmetru.

Pēdējā piezīme par “visām citām parādībām” ir ļoti nozīmīga. Tas uzsver, ka šāda kondensatora elektrība ir tieši tāda pati kā Leyden burkā. Bet stikla nebija, un pieņemt, ka lādiņi atrodas apkārtējā gaisā, bija neproduktīvi. Vēlāk, 1838. gadā, šādas vielas “caur vai caur kurām darbojas elektriskie spēki” M. Faraday sauks par DIELECTRICS. Epinuss grāmatā izdara piezīmi: “Es sapratu, ka ar Franklinu notika kaut kas tāds, kas var notikt ar katru cilvēku”, atsaucoties uz latīņu sakāmvārdu - Errare humanum est - kļūdas ir pieļaut cilvēka dabā.

F. Epinuss nosūtīja savu kompozīciju uz Ameriku speciāli Franklīnam, taču viņš gandrīz pārtrauca veikt pētījumus par elektrību, izslēdzot viņa izgudrotā zibensnovedēja praktisku izmantošanu. Viņš kļuva par politiķi. Katrīna II tika izslēgta no akadēmiskās darbības Krievijā un F. Epinuss. Viņa iecēla viņu par fizikas skolotāju dēlam Pāvilam, kurš vēlāk kļuva par imperatoru. Bet viņš tika uzaicināts uz Sanktpēterburgu, lai aizstātu G. V. Ričmanu, kurš nomira atmosfēras elektrības pētījumu laikā.Tā notika, ka jautājums par eksperimentiem ar Leyden banku ilgu laiku palika neatrisināts.

Un man priekšā ir mācību grāmata par elektrību 1918. gadā. publikācijas. Šis ir franču autora Georges Claude grāmatas ar garo virsrakstu "Elektrība visiem, skaidri teikts" tulkojums. Tas apraksta pieredzi ar Leyden burku, tāpat kā Franklin, bet jau tad, ja ūdens vispār nav. Skatīt attēlu.

Kreisajā pusē ir Leyden burka montāža. Burti A, B un C apzīmē tā sastāvdaļas. A un B ir kārbas iekšpuse un ārpuse. C ir stikla vārglāze, kas kalpo kā izolators. Šādu kārbu komplektu uzlādē demonstrācijas eksperimenta laikā, pēc tam demonstrētājs demontē uzlādētu kārbu gumijas cimdos. Lai pierādītu to, ka kārbu oderēm nav lādiņa, tās ir kontaktā viena ar otru. Pārliecinieties, ka nav dzirksteles. Tad burka tiek savākta. Pārsteidzoši, tas atkal ir uzlādēts un dod spēcīgu dzirksteli. Šī pieredze daudzus mulsināja. Un zinātne necieš no divdomībām. Tomēr situācijas skaidrojums tika sniegts tikai 1922. gadā.

Tajā gadā Londonas filozofijas žurnālā tika publicēts fiziķa J. Addenbrook raksts “Franklina eksperimentu izpēte ar Leyden burku”, kurā autore nāca klajā ar pārsteidzošiem rezultātiem, kas punktēja visu i. Izrādās, ka normālos apstākļos stikls vienmēr ir pārklāts ar ūdens plēvi, mēs to novērojam, miglojot logus. Starp citu, šī filma ne vienmēr tiek novērota vizuāli. Un tur maksa par izjaukto kondensatoru paliek un spēlē plākšņu lomu patstāvīgā stiklā. Kad Addenbrūks izmanto glāzi nevis no stikla, bet gan ar parafīnu, uz kura neveidojas stikla plēve, rezultāts ir pretējs Franklina stiklam. Sausā atmosfērā netiek novērots arī "Franklina efekts" uz saliekamās Leidenes krasta.