Експериментални сблъсъци от опита на Лайден

През 1913г Петербургският университет получи нов служител - физик А. Ф. Йофе. По специалността инженер-технолог, със склонност към научна работа, преди това той работи в Мюнхенския университет няколко години под ръководството на най-добрия европейски експериментален физик В. К. Рентген. Там защитава докторска дисертация.

Сега неговият физик беше О. Д. Хволсън. В разговор за предстоящи изследвания този ръководител предложи той „да продължи прекрасната традиция на руските учени“, за да възпроизведе най-доброто научно чуждестранно произведение. Ясно е, че студентът по рентген, първият Нобелов лауреат по физика, дори да чуе за това, беше странно. Той попита отново: „Не е ли по-добре да се поставят нови нерешени проблеми?“ На което Хволсън отговори: „Но може ли да се измисли нещо ново във физиката? За целта трябва да сте Дж. Дж. Томсън. "

Всъщност Дж. Томсън, откривателят на електрона, беше основен физик. Но тогава се оказа, че А. Ф. Йофе също е знаел как да задава въпроси в науката и цялата световна полупроводникова технология по същество започва с нея. Освен това той беше организатор на руско научно училище, чиито студенти ще се гордеят с всяка държава по света, включително И. В. Курчатов и Нобелови лауреати Н. Н. Семенов, П. Л. Капица.

Способността да се задават въпроси на природата и да се получават отговори чрез експеримент се счита за най-важното в живота на науката. А фигурите, които знаят как да направят това, са просто изключителни учени. Но тя също греши и О. Д. Хволсън. Основата на съвременната физика се състои в констатациите от работата на пионерите, които редовно се проверяват, проверяват, усъвършенстват. Ако изводите не бъдат потвърдени, цели раздели от науката се сриват и след това старателно издигат нови стени, клонове на тази наука, които водят до нови открития, до нови конструкции. Такъв процес продължава векове и на това няма край.

Тук разказваме историята на експеримент на учен, който се интересувал от обещаващ научен въпрос за физическо явление и който се опитал да го реши с просто и убедително преживяване, но което доведе до ситуация, наречена сблъсък. Такъв е случаят, когато получените резултати си противоречат.

Никой не може да назове точната дата на научното откритие на факта, че електрическите заряди могат да бъдат акумулирани с помощта на специални устройства, по-късно наречени Leiden банки и по-късно разработени в устройства, наречени електрически кондензатори, Но може да се твърди, че след 1745г. с помощта на бурканчето Leyden беше възможно да се установи високата скорост на разпространението на електричество, ефекта му върху човешкото и животинското тяло, възможността за запалване на горими газове с електрически искри и др. Хиляди изследователи се опитват да използват това устройство за нуждите на националната икономика. По някаква причина обаче никой не се опитва да проучи самата банка на Leiden.

Първият въпрос към природата на самата банка е зададен от големия американски учен самоук Бенджамин Франклин. Спомнете си, че по това време бурканът Лейдън беше обикновена коркова бутилка с вода, в тапата на която беше поставена желязна пръчка, която докосваше тази вода. Самата бутилка беше или държана в ръце или поставена на оловен лист. Това беше цялото й устройство.

Франклин се чудеше да разбере къде в това просто устройство стъклен метал и вода електричеството може да натрупа, В желязна пръчка, вода или самата бутилка? Сега, когато има различни измервателни уреди и половината от населението използва компютри, този въпрос ще обърка мнозина.Нека видим как този проблем е решен през 1748 г., когато самият експериментатор е единственото измервателно устройство, преминаващо през себе си болезнени електрически удари. В по-голямата си част ще предоставим описание на експериментите от самия автор на експериментите, за да проверим гениалната им простота.

„Замисляйки да изследваме електрифицирания буркан, за да установим къде е скрита неговата мощност, го поставихме върху стъклото и извадихме тапата с жицата. След това, като взехме кутията в едната си ръка и вдигнахме другия пръст към врата й, махнахме силна искра от водата с еднакво силен удар, сякаш жицата остава на мястото си, а това показа, че силата не е скрита в жицата “. Тук авторът нарича водещия терминал на кутията проводник.

„След това, за да разберем дали електричеството, както си мислехме, не е във водата, отново електрифицирахме банката. Поставяйки го върху стъклото, те изваждаха от него, както преди, жица със запушалка; след това изляхме цялата вода от консервата в празна бутилка, която също стоеше върху чашата. Вярвахме, че ако електричеството е във водата, тогава когато докоснем тази бутилка, ще получим удар. Нито един удар не дойде. От тук заключихме, че електричеството или е било загубено по време на преливането, или е останало в банката. "

„Последното се оказа вярно, както установихме, тъй като при тестване на тази консервация последва удар, въпреки че наливахме обикновена вода от чайника в нея.“ Франклин нямаше друг избор, освен да признае, че таксата в банката може да бъде само в чашата.

„За да разберем след това, това свойство е присъщо на чашата на бутилката или нейната форма, ние взехме лист стъкло, положихме го върху дланта си, покрихме го с оловна плоча отгоре и електрифицирахме последната. Донесоха пръст до нея, което доведе до искра с удар “. По този начин беше определено, че формата на чашата не влияе на резултата. Резултатът от решаването на този проблем беше за Франклин изобретяването на плосък кондензатор, едната плоча на която беше дланта на експериментатора, а другата лист олово. В бъдеще обаче той също заменя дланта на ръката си с оловен лист.

Кой би могъл да се съмнява в научната чистота на експеримента с Янки? Той спокойно може да твърди, че в електрически капацитет „в кондензиран вид“ зарядът е в СТЪКЛО. Ако е необходимо, всеки може да повтори тези експерименти и да провери заключенията на Франклин. Със сигурност са проведени такива експерименти и заключенията са потвърдени от много учени. Дори е създаден демонстрационен модел на бурканчето Лейден, с помощта на който те показаха на учениците опростена версия на експеримента, която след това се оказа грешен извод. В крайна сметка, ако вместо вода, Франклин използва живак в експеримента, резултатът може да бъде точно обратният.

Експериментите с лейденския буркан бяха много зрелищни и напълно съответстваха на идеите за просветления абсолютизъм, така че те станаха модерни във висшето общество и дори увенчани личности участваха в тях. А игуменът Й. А. Нолай дори заема поста на официален електротехник при крал Луи XV. Той даде името на устройството от името на университетския град Лайден в Холандия, където това устройство е най-вероятно изобретено.

Десет години експерименти не бяха напразни. Точно беше установено, че резултатите от експериментите не зависят от състава на водата (която и да е подходяща). Освен това, вместо вода, оловна фракция може да се излее в буркана или просто да се укрепи оловно фолио вътре в него. Това не се отрази в действието на консервата. За да засилят действието, банките се научили да събират в батерии.

Установено е, че банките с по-голям обем (следователно с по-голяма стъклена повърхност) дават по-силни изхвърляния. Но зависимостта на въздействието от дебелината на стъклото беше обратна. По-тънките очила дават по-силно изхвърляне. Изненадващо, с помощта на токов удар на изследователя, учените доста точно измислиха добре познатата формула за капацитета на плосък кондензатор. Впоследствие историците на науката на шега наричат ​​този метод на измерване МЕТЪР НА ШОКЕТ.(От френски SHOCK - удрям, натискам).

За да се обяснят електрическите явления в научната общност, бяха изложени няколко теории, които намериха приложение сред учените. Сред тях беше унитарната теория за електричеството, предложена от самия Франклин. Според тази теория електроенергията е била един вид безтегловна течност, която изпълвала всички тела. Ако в телата е имало повече или по-малко от тази течност, тогава тялото придобива заряд. С излишък от тази течност тялото имаше положителен заряд, с дефицит - отрицателен. По-късно тази теория ще бъде разработена в електронната теория на проводимостта.

Използвайки тази теория, беше лесно да се обяснят явленията, възникващи в кондензатора (банка Leiden). При зареждане електрическа течност тече от една плоча на кондензатор в друга. Резултатът е положителен заряд на една плоча и отрицателен на друг. Стъклото между тях служи само като изолатор и нищо друго. Лесно е да се разтовари такъв кондензатор. Достатъчно е да затворите тези плочи с проводник или човешко тяло. Но резултатите от опита на Франклин показаха, че зарядът е в чашата! Как да разбера всичко това?

Някои учени, за да потвърдят правилността на унитарната теория, се опитаха да премахнат стъклото от опита. Те заредиха два метални пръта, които висяха наблизо. Няма съмнение, че те са били кондензатор, но без стъкло. Уви, такъв кондензатор на експериментатор не удари тока и въпросът остана нерешен.

През 1757 г. в Санкт Петербург е публикувана работата на руския академик Франц Епин „Опитът в теорията на електричеството и магнетизма“, която описва опита, който реши този проблем. Той взе за своя основа идеята, че електрификацията на прътите е правилна, но шокът на експериментатора не беше ударен поради малкия капацитет на такъв кондензатор. И можете да увеличите капацитета му, като увеличите кондензаторните плочи и намалите разстоянието между тях. Поради факта, че експериментаторът измисля нов тип електрически капацитет за този експеримент - кондензатор с въздушен диелектрик, даваме текста на самия Ф. Епин.

"И така, за да получа голяма повърхност, аз се погрижих да направя дървени плочи, чиято повърхност беше около осем квадратни метра. Окачих ги, наслагвайки метални листове на разстояние един и половина инча един от друг в положение, успоредно едно на друго." Той зареди такъв кондензатор и се разреди през себе си ..

„Веднага получих силен шок, напълно подобен на този, причинен от банката в Лайден. В допълнение, това устройство е в състояние да възпроизведе всички други явления, които се получават в банката; няма нужда да ги пренебрегвате. " Обърнете внимание, че осем квадратни метра е малко по-малко от квадратен метър.

Последната забележка за „всички други явления“ е много значима. Той подчертава, че електричеството от такъв кондензатор е ТОЧНО СЪЩОТО като от бурканчето Лейден. Но чаша нямаше и да приемем, че зарядите са в околния въздух беше непродуктивно. По-късно, през 1838 г., такива вещества "чрез или чрез които действат електрическите сили" М. Фарадей ще нарече ДИЕЛЕКТРИКА. Епин прави забележка в книгата: „Разбрах, че с Франклин се е случило нещо, което може да се случи на всеки човек“, като се позовава на латинската поговорка - Errare humanum est - човешката природа е да прави грешки.

Ф. Епин изпратил композицията си в Америка специално за Франклин, но той почти спрял да прави изследвания на електричеството, изключвайки практическото използване на мълниеносна пръчка, изобретена от него. Той стана политик. А Екатерина II е отлъчена от академичната дейност в Русия и Ф. Епин. Тя го назначи учител по физика за сина си Павел, който по-късно става император. Но той е поканен в Санкт Петербург да замени Г. В. Ричман, който почина по време на изследвания на атмосферното електричество.Случи се така, че въпросът за експериментите с банка Leyden дълго време остава нерешен.

И пред мен е учебник по електричество през 1918 година. издание. Това е превод на книгата на френския автор Жорж Клод с дългото заглавие „Електричество за всички, ясно казано“. Той описва опита с бурканчето Лейден, както във Франклин, но вече при липса на вода. Вижте снимката.

Вляво е сглобката на буркан Leyden. Буквите A, B и C означават неговите компоненти. А и В са вътрешната и външната страна на кутията. С е стъклена чаша, която служи като изолатор. Такова сглобяване на консервите се зарежда по време на демонстрационен експеримент, след което заредена консервна кутия се демонтира от демонстратор в гумени ръкавици. За да докажат факта, че облицовките на консервите нямат заряд, те са в контакт помежду си. Уверете се, че няма искра. След това бурканът се събира. Изненадващо, той отново се зарежда и дава мощна искра. Този опит порази мнозина. И науката не страда от неясноти. Обяснение на ситуацията обаче е дадено едва през 1922г.

През същата година в лондонския журнал по философия е публикувана статия на физика Дж. Адденбрук, „Проучване на експериментите на Франклин с буркан от Лейдън“, където авторът излезе с невероятни резултати, изпъстрени с всички точки. Оказва се, че при нормални условия стъклото винаги е покрито с воден филм, ние наблюдаваме това, като замъгляваме прозорците. Между другото, този филм не винаги се наблюдава визуално. И там зарядите на разглобения кондензатор остават и играят ролята на плочи в самостоятелно стъкло. Когато Addenbrook използва чаша не от стъкло, а от парафин, върху който не се образува стъклен филм, резултатът е обратен на този на Franklin. В суха атмосфера не се наблюдава и „ефектът на Франклин“ върху сгъваема банка в Лайден.