Eksperymentalne zderzenia doświadczenia z Leiden

W 1913 r Uniwersytet w Petersburgu przyjął nowego pracownika - fizyka A.F. Ioffe. Pod specjalizacją inżyniera technologa, z zamiłowaniem do pracy naukowej, wcześniej pracował przez kilka lat na uniwersytecie w Monachium pod kierunkiem najlepszego europejskiego fizyka eksperymentalnego V.K. Rentgena. Tam obronił rozprawę doktorską.

Teraz jego fizykiem był O.D. Hvolson. W rozmowie o nadchodzących badaniach przywódca zasugerował, że „kontynuuje wspaniałą tradycję rosyjskich naukowców”, aby reprodukować najlepsze zagraniczne prace naukowe. Oczywiste jest, że student rentgenowski, pierwszy laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki, nawet o tym słyszał, był dziwny. Zapytał ponownie: „Czy nie lepiej jest podnosić nowe nierozwiązane problemy?” Na co Hvolson odpowiedział: „Ale czy można coś nowego wymyślić w fizyce? Aby to zrobić, musisz być GJ Thomsonem. ”

Rzeczywiście, J. Thomson, odkrywca elektronu, był głównym fizykiem. Ale potem okazało się, że A.F. Ioffe był również w stanie zadawać pytania w nauce, a technologia półprzewodników na całym świecie zasadniczo się od tego zaczęła. Ponadto był organizatorem rosyjskiej szkoły naukowej, której uczniowie byliby dumni z każdego kraju na świecie, w tym I.V. Kurchatova i laureatów Nagrody Nobla N.N. Semenov, P.L. Kapitsa.

Zdolność do zadawania pytań natury i otrzymywania odpowiedzi w drodze eksperymentu jest uważana za najważniejszą rzecz w życiu nauki. A osoby, które wiedzą, jak to zrobić, są po prostu wybitnymi naukowcami. Ale myliła się również i O.D. Hvolson. Podstawą współczesnej fizyki są wnioski z pracy pionierów, które są regularnie sprawdzane, sprawdzane i udoskonalane. Jeśli wnioski nie zostaną potwierdzone, całe sekcje nauki zawalą się, a następnie pieczołowicie wzniesione nowe mury, gałęzie tej nauki, które prowadzą do nowych odkryć, do nowych konstrukcji. Taki proces trwa przez wieki i nie ma końca.

Opowiadamy tutaj historię eksperymentu naukowca, który był zainteresowany obiecującym pytaniem naukowym na temat zjawiska fizycznego i który próbował rozwiązać go za pomocą prostego i przekonującego doświadczenia, ale który doprowadził do sytuacji zwanej zderzeniem. Jest tak w przypadku, gdy uzyskane wyniki są ze sobą sprzeczne.

Nikt nie może podać dokładnej daty naukowego odkrycia faktu, że ładunki elektryczne mogą być akumulowane za pomocą specjalnych urządzeń, zwanych później bankami Leiden, a później opracowanych w urządzeniach o nazwie kondensatory elektryczne. Można jednak argumentować, że po 1745 r. za pomocą słoika Leyden można było sprawdzić wysoką prędkość rozprzestrzeniania się elektryczności, jej wpływ na ciało ludzkie i zwierzęce, możliwość zapłonu gazów palnych iskrami elektrycznymi itp. Tysiące naukowców próbuje wykorzystać to urządzenie do potrzeb gospodarki krajowej. Jednak z jakiegoś powodu nikt nie próbuje badać samego banku w Leiden.

Pierwsze pytanie do natury w samym banku zadaje wielki amerykański samouk Benjamin Franklin. Przypomnij sobie, że słoik Leyden w tym czasie był zwykłą zakorkowaną butelką wody, do której włożono żelazny pręt, który dotykał tej wody. Sama butelka była trzymana w rękach lub umieszczana na ołowianym arkuszu. To było całe jej urządzenie.

Franklin zastanawiał się, czy się dowiedzieć gdzie w tym prostym urządzeniu szkło metal i woda elektryczność może się gromadzić. W żelaznym pręcie, wodzie czy w samej butelce? Teraz, gdy istnieją różne przyrządy pomiarowe, a połowa populacji korzysta z komputerów, to pytanie wielu zdziwi.Zobaczmy, jak rozwiązano ten problem w 1748 r., Kiedy to sam eksperymentator, przepuszczający bolesne porażenia prądem, był jedynym urządzeniem pomiarowym. Przeważnie podamy opis eksperymentów samego autora eksperymentów, aby zweryfikować ich genialną prostotę.

„Zamierzając zbadać zelektryfikowany słoik, aby ustalić, gdzie kryje się jego moc, umieściliśmy go na szkle i zdjęliśmy korek drutem. Następnie, biorąc puszkę w jedną rękę i podnosząc drugi palec do szyi, usunęliśmy silną iskrę z wody równie silnym uderzeniem, jakby drut pozostał na swoim miejscu, a to pokazało, że siła nie jest ukryta w drucie ”. Tutaj autor nazywa główny zacisk puszki drutem.

„Następnie, aby dowiedzieć się, czy elektryczność, tak jak myśleliśmy, nie znajduje się w wodzie, ponownie zelektryzowaliśmy bank. Kładąc go na szklance, wyjęli z niego, jak poprzednio, drut z korkiem; następnie wlaliśmy całą wodę z puszki do pustej butelki, która również stała na szklance. Wierzyliśmy, że jeśli elektryczność jest w wodzie, to kiedy dotkniemy tej butelki, dostaniemy trafienie. Nie nastąpił cios. Stąd doszliśmy do wniosku, że energia elektryczna została utracona podczas transfuzji lub pozostała w banku. ”

„Okazało się to prawdą, jak ustaliliśmy, to drugie, ponieważ podczas testowania tego może nastąpić cios, chociaż wlewaliśmy do niego zwykłą wodę z czajnika”. Franklin nie miał innego wyjścia, jak przyznać, że opłata w banku mogła być tylko w szklance.

„Aby się przekonać, ta właściwość jest nieodłącznie związana ze szklanką butelki lub jej kształtem, wzięliśmy taflę szkła, położyliśmy ją na dłoni, przykryliśmy płytą ołowiową na wierzchu i zelektryzowaliśmy ten ostatni. Przyłożyli do niej palec, powodując iskrę z ciosem. ” W ten sposób ustalono, że kształt szkła nie wpływa na wynik. Rezultatem rozwiązania tego problemu było dla Franklina wynalezienie płaskiego kondensatora, którego jedna płytka stanowiła dłoń eksperymentatora, a druga arkusz ołowiu. Jednak w przyszłości zastąpi on również dłoń arkuszem ołowiu.

Kto mógłby mieć wątpliwości co do naukowej czystości eksperymentu Yankee? Mógłby bezpiecznie stwierdzić, że w pojemności elektrycznej „w postaci skondensowanej” ładunek jest w SZKŁO. W razie potrzeby każdy może powtórzyć te eksperymenty i zweryfikować wnioski Franklina. Z pewnością przeprowadzono takie eksperymenty, a wnioski zostały potwierdzone przez wielu naukowców. Stworzono nawet model demonstracyjny słoika Leyden, za pomocą którego pokazali uczniom uproszczoną wersję eksperymentu, który później okazał się błędnym wnioskiem. W końcu jeśli zamiast wody Franklin użył rtęci w eksperymencie, wynik może być dokładnie odwrotny.

Eksperymenty ze słoikiem Leyden były bardzo spektakularne i całkowicie zgodne z ideami oświeconego absolutyzmu, więc stały się modne w wyższych sferach, a nawet uczestniczyły w nich osoby koronowane. A opat J.A. Nollay objął nawet stanowisko oficjalnego elektryka za króla Ludwika XV. Nadał nazwę urządzeniu w imieniu uniwersyteckiego miasta Leiden w Holandii, gdzie najprawdopodobniej to urządzenie zostało wynalezione.

Dziesięć lat eksperymentów nie poszło na marne. Dokładnie ustalono, że wyniki eksperymentów nie zależały od składu wody (każdy był odpowiedni). Ponadto zamiast wody frakcję ołowiu można było wlać do słoika lub po prostu wzmocniono w nim folię ołowiową. Nie znalazło to odzwierciedlenia w działaniu puszki. Aby wzmocnić akcję, banki nauczyły się zbierać w bateriach.

Stwierdzono, że banki o większej objętości (a zatem o większej powierzchni szklanej) dawały silniejsze zrzuty. Ale zależność wpływu na grubość szkła była odwrotna. Cieńsze okulary dawały mocniejsze rozładowanie. Co zaskakujące, przy pomocy porażenia prądem naukowca naukowcy dość dokładnie wymyślili dobrze znaną formułę pojemności kondensatora płaskiego. Następnie historycy nauki żartobliwie nazywają tę metodę pomiaru MIERNIKIEM GNIAZD.(Z francuskiego SHOCK - hit, push).

Aby wyjaśnić zjawiska elektryczne w środowisku naukowym, wysunięto kilka teorii, które znalazły zastosowanie wśród naukowców. Wśród nich była jednolita teoria elektryczności zaproponowana przez samego Franklina. Zgodnie z tą teorią elektryczność była rodzajem nieważkiej cieczy, która wypełniała wszystkie ciała. Jeśli w ciałach znajdowało się mniej lub więcej tego płynu, wówczas ciało nabrało ładunku. Przy nadmiarze tego płynu ciało miało ładunek dodatni, a niedobór - ujemny. Teoria ta zostanie później rozwinięta w elektronicznej teorii przewodnictwa.

Korzystając z tej teorii, łatwo było wyjaśnić zjawiska zachodzące w kondensatorze (banku Leiden). Podczas ładowania płyn elektryczny przepływa z jednej płytki kondensatora do drugiej. Wynikiem jest ładunek dodatni na jednej płytce i ujemny na drugiej. Szkło między nimi służy tylko jako izolator i nic więcej. Łatwo jest rozładować taki kondensator. Wystarczy zamknąć te płytki przewodnikiem lub ciałem ludzkim. Ale wyniki doświadczenia Franklina wykazały, że ładunek jest w szkle! Jak to wszystko zrozumieć?

Niektórzy naukowcy, w celu potwierdzenia poprawności teorii jednolitej, próbowali usunąć szkło z doświadczenia. Zaatakowali dwa metalowe pręty, które wisiały w pobliżu. Nie ma wątpliwości, że były kondensatorem, ale bez szkła. Niestety, taki kondensator eksperymentatora nie uderzył w prąd i pytanie pozostało nierozwiązane.

W 1757 r. W Petersburgu opublikowano pracę rosyjskiego akademika Franciszka Epinusa „Doświadczenie w teorii elektryczności i magnetyzmu”, która opisuje doświadczenie, które rozwiązało ten problem. Przyjął za podstawę ideę, że elektryzacja prętów była prawidłowa, ale szok eksperymentatora nie został uderzony z powodu małej pojemności takiego kondensatora. Możesz zwiększyć jego pojemność, zwiększając płytki kondensatorów i zmniejszając odległość między nimi. Ponieważ eksperymentator wymyśla nowy typ pojemności elektrycznej do tego eksperymentu - kondensator z dielektrykiem powietrza, podajemy tekst samego F. Epinusa.

„Aby uzyskać dużą powierzchnię, zająłem się robieniem drewnianych płyt o powierzchni około ośmiu stóp kwadratowych, zawiesiłem je, nakładając blachy w odległości półtora cala od siebie w pozycji równoległej do siebie”. Naładował taki kondensator i rozładował się sam.

„Natychmiast doznałem silnego szoku, zupełnie podobnego do tego spowodowanego przez bank w Leiden. Ponadto urządzenie to było w stanie odtworzyć wszystkie inne zjawiska zachodzące w banku; nie trzeba ich przeoczyć. ” Zauważ, że osiem stóp kwadratowych to trochę mniej niż metr kwadratowy.

Ostatnia uwaga na temat „wszystkich innych zjawisk” jest bardzo znacząca. Podkreśla, że ​​energia elektryczna z takiego kondensatora jest DOKŁADNIE TAKIE SAMO, jak z słoika Leyden. Ale nie było szkła i założenie, że ładunki są w otaczającym powietrzu, było bezproduktywne. Później, w 1838 r., Takie substancje „przez które działają siły elektryczne” M. Faraday nazwie DIELECTRICS. Epinus zauważa w książce: „Uświadomiłem sobie, że Franklin przydarzył się każdemu człowiekowi”, nawiązując do łacińskiego przysłów - Errare humanum est - popełnianie błędów przez naturę ludzką.

F. Epinus wysłał swoją kompozycję do Ameryki specjalnie dla Franklina, ale prawie przestał prowadzić badania nad elektrycznością, z wyłączeniem praktycznego zastosowania wynalezionego przez niego piorunochronu. Został politykiem. A Katarzyna II została ekskomunikowana z działalności akademickiej w Rosji i F. Epinusie. Ona mianowała go nauczycielem fizyki dla swojego syna Paula, który później został cesarzem. Został jednak zaproszony do Petersburga, aby zastąpić G.V. Richmana, który zmarł podczas badań nad elektrycznością atmosferyczną.Tak się złożyło, że kwestia eksperymentów z bankiem Leyden pozostała nierozwiązana przez długi czas.

A przede mną jest podręcznik na temat elektryczności w 1918 roku. publikacje. Jest to tłumaczenie książki francuskiego pisarza Georgesa Claude'a z długim tytułem „Elektryczność dla wszystkich, wyraźnie zaznaczone”. Opisuje doświadczenie ze słoikiem Leyden, jak we Franklin, ale już przy braku wody. Zobacz zdjęcie.

Po lewej stronie znajduje się zespół słoika Leyden. Litery A, B i C oznaczają jego składniki. A i B znajdują się wewnątrz i na zewnątrz puszki. C to szklana zlewka służąca jako izolator. Taki zestaw puszki jest ładowany podczas eksperymentu demonstracyjnego, następnie naładowana puszka jest demontowana przez demonstratora w gumowych rękawiczkach. Aby udowodnić, że podszewki do puszek nie mają ładunku, stykają się ze sobą. Upewnij się, że nie ma iskry. Następnie słoik jest zbierany. Co zaskakujące, jest ponownie naładowany i daje potężną iskrę. To doświadczenie zaskoczyło wielu. Nauka nie cierpi z powodu dwuznaczności. Wyjaśnienie tej sytuacji podano jednak dopiero w 1922 r.

W tym roku w London Journal of Philosophy fizyk J. Addenbrook opublikował artykuł „Study of Franklin eksperymenty ze słoikiem Leyden”, w którym autor uzyskał niesamowite wyniki, które zachwyciły wszystkich. Okazuje się, że w normalnych warunkach szkło jest zawsze pokryte warstwą wody, obserwujemy to poprzez zamglenie okien. Nawiasem mówiąc, ten film nie zawsze jest obserwowany wizualnie. I tam pozostają ładunki na zdemontowanym kondensatorze i pełnią rolę płytek w samodzielnym szkle. Kiedy Addenbrook używa szklanki nie szklanej, ale parafinowej, na której nie tworzy się szklany film, rezultat jest odwrotny do Franklina. W suchej atmosferze nie obserwuje się również „efektu Franklina” na składanym banku Leiden.