Jak było otwarcie

Poważny eksperyment naukowy jest chaotyczny jak wojna. Badacz często nie rozumie, co się dzieje. Uzyskane dane, a także informacje z wywiadu pierwszej linii, są zwykle sprzeczne. Dalsze eksperymenty należy przeprowadzić „dotykiem”, aby uzyskać nowe fakty. Ale w końcu obraz staje się wyraźniejszy, a następnie eksperymentator „backdating” w raporcie opisuje wyraźną i precyzyjną sekwencję kroków do celu, nie wspominając o błędnych. Główne wyniki eksperymentów często nie leżą tam, gdzie dążył naukowiec. Jednak raport z postępu wygląda jak triumfalna procesja od jednej prawdy do drugiej, czy tego chce, czy nie. Niestety historycy nauki pracują później z takimi materiałami, co oczywiście wpływa na jakość ich pracy.

Chciałbym przypomnieć historię jednego odkrycia, które wydarzyło się prawie trzy wieki temu, które jest obecnie uważane za dość naturalne i przyjmowane za pewnik. Jego autorzy są prawie zapomniani, ale jego znaczenie dla fizyki jest nie mniej niż podróż Kolumba do geografii. Chodzi o pojawienie się przewodników elektrycznych, jako niezbędnej cechy obwodu elektrycznego i technicznej zdolności przenoszenia energii na odległość, co zrewolucjonizowało rozwój przemysłowy i układ życia ludzkiego.

Powodem pojawienia się tej pracy była chęć uzupełnienia luk w materiałach na ten temat po rosyjsku w historii fizyki i elektrotechniki. Dla obecnych elektryków bardzo pouczające byłoby poznanie początku ścieżki, którą nauka podążyła w tym kierunku.

Początek XYIII wieku, Anglia. Wielkim prezydentem angielskiej Akademii Nauk, Royal Society of London, jest wielki Izaak Newton. Już kończy swoją podstawową pracę, Optykę, i oczywiście interesuje się wszystkimi zagadnieniami związanymi z propagacją, odbiciem, załamaniem światła i ich źródłami. Nie mógł zignorować pytania, które europejscy uczeni próbowali rozwiązać od kilku dziesięcioleci. W 1675 roku. Francuski astronom J. Picard, niosąc barometr rtęci w nocy, zauważył tajemnicze światła w pustce torricellium w rurze. Nikt nie podał tego racjonalnego wyjaśnienia. Ustaliliśmy hipotezę o elektrycznej przyczynie tego blasku. Ale jakie były wówczas informacje o elektryczności?

Od czasów starożytnych wiadomo było, że niektóre potarte ciała nabywają właściwość przyciągania do siebie lekkich przedmiotów. W 1600 roku udowodniono, że przyciąganie elektryczne różni się od magnetycznego. W 1660 r. Wykazano właściwość odpychania ciał od ciał zelektryfikowanych. Iskrę elektryczną uzyskano w 1700 roku. z tartego bursztynu. To chyba wszystko. Ale iskra była źródłem światła, a Newton nakazał przeprowadzenie eksperymentów przez kuratora Towarzystwa Francisa Gauksby'ego. Pusta szklana kula z usuniętym powietrzem od wewnątrz została odkręcona na specjalnej maszynie za pomocą napędu pasowego. Podczas wycierania go rękami próżnia świeciła tak jasno, że w ciemności można było przeczytać książkę. Z piłki można było uzyskać iskry. Przyciągał także i odpychał ciała. Był to zasadniczo pierwszy samochód elektryczny.

Jednak ta maszyna nie otrzymała dystrybucji i wkrótce została zapomniana. Powód był powszechny - drogo kosztował właściciela. Nauka w tym czasie nie była subsydiowana przez rząd. Teraz będzie to wydawać się dziwne, ale nawet członkowie Royal Society of London, czyli naukowcy według naszych poglądów, nie tylko nie otrzymywali żadnej pensji, ale samo Towarzystwo istniało kosztem składek swoich członków i stale potrzebowało pieniędzy. Materiały niezbędne do eksperymentów zostały zakupione na własny koszt przez eksperymentatora.Aby uzyskać ładunki, nawet w domu, Gauksby zasugerował, że naukowcy po prostu pocierają szmatką szklaną rurkę o grubych ściankach. Ta propozycja okazała się tak skuteczna, że ​​tysiące naukowców i rzemieślników, duchowieństwa i arystokratów, magików i oszustów zaczęło pobierać ładunki elektryczne.

To dzięki tej szklanej rurce rozpoczęły się masowe odkrycia i wynalazki w dziedzinie elektryczności. Nikt nawet nie podniósł kwestii praktycznego zastosowania nowych zjawisk. To właśnie ta okoliczność służyła, i jest nawet teraz, przyczyną ośmieszenia i oskarżeń naukowców o badania w opinii mieszkańców bezwartościowych zjawisk. W opisanym przez nas okresie słynny angielski pisarz Jonathan Swift napisał ostrą satyrę na angielskie społeczeństwo swoich czasów - „Podróże Guliwera”. Jednak wszystkie problemy rozwiązane przez naukowców w książce, wcześniej uważane za śmieszne, teraz nie wydają się takie. Nawet „Zamieniając ludzkie odchody w składniki odżywcze”. Dlatego eksperymentalna nauka w oczach zwykłych ludzi była rzadkim zjawiskiem. Ale asceci zawsze byli.

Pewien barwnik tkanin w Canterbury (niedaleko Londynu) Stephen Gray (1666-1736) zainteresował się nauką. Informacje o jego wykształceniu nie są znane, najprawdopodobniej był samoukiem. Jego dziadkami byli - jeden kowal, inny cieśla, on sam odziedziczył rzemiosło ojca. Zawód był nieopłacalny, co wynika z jego listów, w których autor skarży się na brak pieniędzy „na książki, narzędzia i inne materiały”. Niemniej jednak zainteresował się obserwowaniem pogody i astronomii. W tamtych czasach nie było łatwo zostać astronomem. Sam musiał stworzyć teleskop, ręcznie zaangażowany w szlifowanie soczewek ze szklanego iluminatora. Zaczął więc poznawać optykę. Nawiasem mówiąc, teleskop wykonany własnoręcznie przez samego I. Newtona jest nadal przechowywany w Londynie.

Pierwsza praca naukowa Graya została opublikowana w 1698 r., Gdzie opisał on możliwość zwiększenia dokładności odczytów barometru poprzez obserwację ich pod mikroskopem. Praca została zauważona przez samego królewskiego astronoma Johna Flamsteada, założyciela Obserwatorium w Greenwich, który zaczął patronować młodemu naukowcowi.

Najwyraźniej nie bez jego pomocy, w 1919 r. Gray został emerytowany w Charterhouse z pełną rezerwą, aby nie mógł myśleć o codziennych dziełach, ale całkowicie poświęcić się nauce. Nie było to wcale łatwe, ponieważ organizacja charytatywna Charterhouse, założona przez mnichów w XYII wieku, była przeznaczona dla niezamężnych mężczyzn wyznania anglikańskiego, głównie emerytowanych kapitanów. Tutaj rozwijają się interesujące nas badania.

Po pierwsze, Gray elektryzuje różne ciała za pomocą tarcia (nici jedwabne, skóra, drewno, wełna), osiągając tak dużą elektryfikację, że kawałki papieru i pióra zaczęły być przyciągane z odległości 2-5 cm. Jeszcze lepsze wyniki uzyskano pocierając szklaną rurkę. Ale dla Graya to nie wystarczy. Zastanawia się, czy wydajność elektryfikacji poprawi się, jeśli szklana rurka zostanie podłączona. Ku jego rozczarowaniu stopień elektryfikacji nie zmienił się. Był jednak osobą spostrzegawczą, co jest bardzo ważne dla naukowca, i zwrócił uwagę na fakt przyklejania kawałków papieru do korków. To była świetna wiadomość. Wszakże w tym czasie znana była tylko jedna metoda elektryzowania ciał - pocieranie ich. Ale nikt nie potarł korka! Tak więc odkryto nowy sposób ELEKTRIZACJI ORGANÓW ZA POMOCĄ KONTAKTU NIEDOŁADOWANEGO CIAŁA Z ELEKTRIZOWANYM.

Dalsze zdarzenia są opisane przez samego eksperymentatora. „Podjąłem badania - pisze - jak daleko przesyłana jest energia elektryczna. Aby to zrobić, wziąłem pustą laskę o długości 2 stóp i długości 7 cali (80 cm), dawną część wędki i włożyłem do otworu szklanej rurki. Po zasileniu rurki trzcina przyciągnęła folię, podobnie jak kula z kości słoniowej, którą przymocowałem korkiem do trzciny. Potem wziąłem dwa górne końce długich wędek.Jedna z nich pochodziła z hiszpańskiej trzciny cukrowej, druga była częściowo wykonana z drewna, a częściowo z fiszbinów. Wszystko to razem z rurką miało ponad 14 stóp długości (ponad 4 metry). Kula była przymocowana do końca fiszbin. Po wzbudzeniu rurki kulka przyciągnęła folię z odległości 3 cali. Zrobiłem pręt z hiszpańskiej trzciny i desek sosnowych, które razem z rurą przekraczały 18 stóp (5,5 m). Ta długość była granicą, z jaką mogłem operować w moim pokoju, i stwierdziłem, że atrakcja była równie silna ”.

Aby kontynuować eksperymenty, trzeba było wyjść i dodatkowo poszukać asystenta. Tak entuzjastą był ksiądz Grenville Wheeler. Okazał się także mądrym człowiekiem. W maju 1729 r. Gray przeprowadził udany eksperyment, stojąc na balkonie. W tym samym czasie ze szklanej rurki zwisał sznur lniany o długości 8 metrów, odpowiadający wysokości balkonu. Na dole był Wheeler, który ustalał ładunek za pomocą mosiężnej blachy na desce.

Następnie naukowcy postanowili spróbować przenieść elektryczność poziomo. W tym celu sznurek lniany zawieszono na gwoździach wpuszczonych w drewniane belki. Niestety, doświadczenie nie powiodło się. Po długich rozważaniach Gray wyciąga ogólnie poprawny wniosek, że elektryczność trafiła do wiązki. Kolej Wheelera polega na przejściu do historii. Sugeruje zawieszenie sznurka za pomocą jedwabnych sznurówek. O 10 rano 1729 po raz pierwszy w historii ładunek przybył do miejsca przeznaczenia za pośrednictwem linii energetycznej (kość słoniowa). Odległość, z której przeniesiono ładunek, wynosiła około 25 metrów. Pod względem właściwości elektrycznych płótno i jedwab były różne.

Zastępując jedwabne podwiązki drutami, eksperymentatorzy ponownie otrzymali wynik negatywny. Stało się jasne, że powodzenie eksperymentu wynika z właściwości jedwabiu, który nie przewodzi prądu. Liny do włosów miały tę samą właściwość. Dawny barwnik zaznajomiony z tkaninami, który wypróbował kilka jedwabnych koronek, doszedł do wniosku, że niebieskie koronki mają najlepsze właściwości. Dokładne nauki różnią się tym, że wszystkie wnioski poprzednich badaczy są sprawdzane i ponownie sprawdzane. Francuski naukowiec Dufe wkrótce udowodnił eksperymentalnie, że kolor jedwabiu nie wpływa na jego właściwości elektryczne.

To nie był jedyny błędny wniosek Graya. W swoich eksperymentach dotyczących przyciągania i odpychania ciał ustalił dziwny wzór, że lekkie ciała wiszące na nitkach w pobliżu naładowanej żelaznej kuli zaczynają się wokół niego obracać w tym samym kierunku. Dufe i Wheeler na próżno próbowali uzyskać te same wyniki. Potem Wheeler przypomniał sobie, że ręce starzejącego się Graya drżą i poinformowały ciała o sile niezbędnej do tego obrotu.

Na zaletach Graya, zanim nauka o elektryczności na tym się nie kończy. Najpierw rozpoczął eksperymenty elektryczne ze zwierzętami i ludźmi. Z tartym szkłem uniósł psa wełnę, a potem kolej przyszła do osoby. Szary dokładnie rejestruje datę tego wydarzenia. „8 kwietnia 1730 r.”, Pisze Gray, „Przeprowadziłem następujący eksperyment na chłopcu w wieku od ośmiu do dziewięciu lat. Ważył 47 funtów 10 uncji w ubraniu. Zawiesiłem go poziomo za pomocą dwóch lin do włosów używanych do suszenia ubrań. Dwa haki zostały wbite w belkę mojego pokoju, grubość jednej stopy, a w odległości dwóch stóp kolejna para. Zawiesiłem liny na tych hakach za pętlami, więc okazało się, że to coś w rodzaju huśtawki. Chłopiec leżał na tych linach twarzą w dół, jedna lina obejmowała jego klatkę piersiową, a druga jego uda. Folia została umieszczona na stojaku, który jest okrągłą deską o średnicy 1 stopy. Kiedy rurkę pociera się i trzyma w pobliżu stóp chłopca, NIE DOTYKAJ JE, folię przyciąga twarz chłopca tak bardzo, że wznosi się na wysokość 10 cali (25 cm).

Gray nie tylko określa w tym eksperymencie fakt przewodności elektrycznej ciała ludzkiego, ale jako pierwszy obserwuje zjawisko INDUKCJI ELEKTRYCZNEJ.Co to jest indukcja elektryczna (czasami nazywana elektrostatyczna)? Ta właściwość ciał zostaje zelektryfikowana, gdy zostaną umieszczone w polu elektrycznym. To pole zostało w tym przypadku utworzone przez potartą szklaną rurkę. A jednak nie jest to najważniejsze w tym eksperymencie. Najważniejsze było to, że w badaniach nad elektrycznością osoba stała się technicznym i często najważniejszym uczestnikiem eksperymentów. W końcu nie było żadnych urządzeń elektrycznych, a naukowcy zaczęli poszerzać wiedzę w nowej nauce za pomocą ludzkich zmysłów.

Stephen Gray dokonuje kolejnej interesującej obserwacji. Masywny sześcian drewna dębowego pobiera ładunek elektryczny nie więcej niż pusta kostka tego samego rozmiaru. Fakt ten oznaczał nie mniej, ale fakt, że OPŁATA ELEKTRYCZNA JEST DYSTRYBUOWANA PRZEZ POWIERZCHNIA CIAŁ.

Niemniej jednak w badaniach Stephena Graya najważniejsze było rozdzielenie wszystkich ciał na PRZEWODY ELEKTRYCZNE i PRZEWODY NIEELEKTRYCZNE. W 1738 r uchodźca hugenotów z Francji, Jean Desagulier, najpierw fizyk, a następnie kapelan księcia Walii, zaproponował, by nazwać ciała przewodzące elektrycznie po prostu PRZEWODNIKAMI, które zostały zawarte w terminologii naukowej. Pojęcia INSULATOR i SEMICONDUCTOR wejdą w życie później. Ale osoba jako urządzenie pomiarowe zachowa swój zegarek przez długi czas. Tak więc sługa Richard z fizyka G. Cavendisha (1731–1810) określi wartość ładunku kondensatorów na podstawie wielkości porażenia prądem, a fizyk A. Volta (1745–1827) za pomocą swojego języka wymyśli chemiczne źródło elektryczności.

Nagrody nie przeszły naukowca. Były barwnik został członkiem Royal Society of London i otrzymał medal Copley, który jest najwyższym uznaniem w Wielkiej Brytanii. Spośród rosyjskich naukowców tylko D.I. Mendelejew i I.P. Pawłow zostali nagrodzeni takim medalem. co wskazuje na wagę takiej nagrody.

To może być koniec. Chciałbym jednak opowiedzieć o jednym fakcie z biografii Graya, aby wyjaśnić niektóre okoliczności. Badając życie tej bezinteresownie oddanej osobie naukowej, uderzający jest brak kreatywnej aktywności przez wiele lat utalentowanego naukowca. Niektórzy historycy nauki uważają, że winna jest wrogość Prezydenta Royal Society of London, I. Newtona i Royal Astronomer D. Flamstead, który, jak wiemy, patronował Grayowi. Z tego powodu doszło do kłótni. Dyrektor Obserwatorium w Greenwich przeprowadził DOSKONAŁE (jak napisano we współczesnej Britannicy) obserwacje gwiaździstego nieba. Newton potrzebował wyników swojej pracy do dalszych badań i chciał, aby zostały wydrukowane. Czego astronom nie zgodził się, dopóki nie poprawił wszystkich błędów. Prezes Towarzystwa nalegał, znalazł sponsora (księcia duńskiego) i opublikował prace w ilości 400 egzemplarzy. Flamstead następnie odkupił opublikowane kopie i zniszczył. Spalono więc około 300 kopii. Newton wydalił również Flemstead z członków Royal Society, rzekomo z powodu nieopłacania składek członkowskich. Powód jest zabawny, ponieważ Królewski Astronom raz na własny koszt nabył cały sprzęt astronomiczny dla Obserwatorium w Greenwich. Gray stracił więc swojego patrona. Wznowił swoją twórczość dopiero po śmierci Newtona. Wszystko to świadczy o tym, że na Ziemi nie ma świętych. Nawet wśród wielkich.