Coliziuni experimentale ale experienței Leiden

În 1913 Universitatea din Petersburg a primit un nou angajat - fizicianul A.F. Ioffe. Sub specialitatea unui inginer tehnolog, având o atitudine de muncă științifică, înainte de a lucra câțiva ani la Universitatea din München, sub îndrumarea celui mai bun fizician experimental european V.K.Rentgen. Acolo și-a apărat disertația de doctorat.

Acum fizicianul său era O.D. Hvolson. Într-o conversație despre viitoarele cercetări, acest lider a sugerat să „continue tradiția minunată a oamenilor de știință ruși” de a reproduce cele mai bune lucrări științifice străine. Este clar că studentul radiografiei, primul câștigător al premiului Nobel în fizică, chiar a auzit despre asta a fost ciudat. El a întrebat din nou: „Nu este mai bine să ridici noi probleme nerezolvate?” La care Hvolson a răspuns: „Dar se poate inventa ceva nou în fizică? Pentru a face acest lucru, trebuie să fiți GJ Thomson. ”

Într-adevăr, J. Thomson, descoperitorul electronului, a fost un fizician major. Dar apoi s-a dovedit că A.F. Ioffe a fost, de asemenea, capabil să pună întrebări în știință, iar întreaga tehnologie a semiconductorului a început, în esență, cu aceasta. În plus, a fost organizatorul unei școli științifice rusești, ai căror studenți ar fi mândri de orice țară din lume, inclusiv I.V. Kurchatov și laureații Nobel N. N. Semenov, P.L. Kapitsa.

Capacitatea de a pune întrebări despre natură și de a primi răspunsuri prin experiment este considerată cel mai important lucru din viața științei. Iar cifrele care știu să facă acest lucru sunt doar oameni de știință de excepție. Dar ea a greșit și O.D. Hvolson. Temelia fizicii moderne constă în rezultatele lucrărilor pionierilor, care sunt verificate, verificate, perfecționate în mod regulat. Dacă concluziile nu sunt confirmate, secțiuni întregi ale științelor se prăbușesc, apoi se ridică cu atenție noi ziduri, ramuri ale acestei științe, care duc la noi descoperiri, la noi construcții. Un astfel de proces durează secole și nu există niciun sfârșit în acest sens.

Aici spunem povestea unui experiment al unui om de știință care a fost interesat de o întrebare științifică promițătoare despre un fenomen fizic și care a încercat să o rezolve cu o experiență simplă și convingătoare, dar care a dus la o situație numită coliziune. Acesta este cazul când rezultatele obținute se contrazic.

Nimeni nu poate numi data exactă a descoperirii științifice a faptului că încărcările electrice pot fi acumulate folosind dispozitive speciale, mai târziu numite bănci Leiden și dezvoltate ulterior în dispozitive numite condensatoare electrice. Dar se poate susține că după 1745. cu ajutorul borcanului Leyden s-a putut afla viteza mare de răspândire a energiei electrice, efectul acesteia asupra corpului uman și animal, posibilitatea aprinderii gazelor combustibile prin scântei electrice etc. Mii de cercetători încearcă să utilizeze acest dispozitiv pentru nevoile economiei naționale. Cu toate acestea, din anumite motive, nimeni nu încearcă să studieze banca Leiden în sine.

Prima întrebare a naturii de pe banca în sine este pusă de marele savant autodidact american Benjamin Franklin. Reamintim că borcanul Leyden din acea vreme era o sticlă obișnuită de apă plută, în pluta în care a fost introdusă o tijă de fier care atingea această apă. Sticla în sine era fie ținută în mâini, fie așezată pe o foaie de plumb. Acesta a fost întregul ei dispozitiv.

Franklin s-a întrebat să afle unde în acest dispozitiv simplu sticlă de metal și apă electricitatea se poate acumula. Într-o tijă de fier, apă sau sticla în sine? Acum, când există diferite instrumente de măsurare și jumătate din populație folosește calculatoare, această întrebare îi va performa pe mulți.Să vedem cum a fost rezolvată această problemă în 1748, când experimentatorul însuși a fost singurul dispozitiv de măsurare, care a trecut prin el însuși șocuri electrice dureroase. În cea mai mare parte, vom oferi o descriere a experimentelor de către autorul experimentelor însuși, pentru a verifica simplitatea ingenioasă a acestora.

„Intenționând să examinăm borcanul electrificat pentru a stabili unde este ascunsă puterea acestuia, l-am așezat pe geam și am scos dopul cu sârmă. Apoi, luând conservele într-o mână și ridicând celălalt deget la gât, am scos o scânteie puternică din apă cu o lovitură la fel de puternică, de parcă sârma ar rămâne la locul ei, iar acest lucru a arătat că forța nu este ascunsă în sârmă. " Aici, autorul numește terminalul de plumb al cutiei.

„După aceea, pentru a afla dacă energia electrică, așa cum credeam, nu era în apă, am electrificat din nou banca. Punându-l pe pahar, au scos din el, ca mai înainte, un fir cu dop; apoi am turnat toată apa din cutie într-o sticlă goală, care stătea și pe sticlă. Am crezut că dacă energia electrică a fost în apă, atunci când vom atinge această sticlă vom avea un hit. Nu a venit nici o lovitură. De aici am ajuns la concluzia că energia electrică a fost fie pierdută în timpul transfuziei, fie a rămas în bancă. "

„Ultima s-a dovedit a fi adevărată, așa cum am stabilit, pentru că la testarea acestui lucru, a urmat o lovitură, deși am turnat apă simplă din ibric în ea.” Franklin nu a avut de ales decât să admită că taxa din bancă nu putea fi decât în ​​pahar.

„Pentru a afla atunci, această proprietate este inerentă paharului sticlei sau formei sale, am luat o foaie de sticlă, am pus-o pe palma noastră, am acoperit-o cu o placă de plumb deasupra și l-am electrificat pe acesta din urmă. Au adus un deget la ea, rezultând o scânteie cu o lovitură ". În acest fel, s-a stabilit că forma sticlei nu afectează rezultatul. Rezultatul rezolvării acestei probleme a fost pentru Franklin invenția unui condensator plat, dintre care o placă era palma experimentatorului, iar cealaltă o foaie de plumb. Cu toate acestea, în viitor, el înlocuiește, de asemenea, palma mâinii cu o foaie de plumb.

Cine ar putea avea îndoieli cu privire la puritatea științifică a experimentului yankee? El ar putea afirma cu siguranță că, într-o capacitate electrică „într-o formă condensată”, încărcătura este în STICLA. Dacă este necesar, oricine ar putea repeta aceste experimente și verifica concluziile lui Franklin. Cu siguranță astfel de experimente au fost efectuate, iar concluziile au fost confirmate de mulți oameni de știință. S-a creat chiar un model demonstrativ al borcanului Leyden, cu ajutorul căruia le-a arătat elevilor o versiune simplificată a experimentului, care s-a dovedit apoi a fi o concluzie greșită. La urma urmei, dacă în loc de apă, Franklin a folosit mercur în experiment, rezultatul ar putea fi exact opusul.

Experimentele cu borcanul Leyden au fost foarte spectaculoase și pe deplin în concordanță cu ideile absolutismului luminat, astfel încât au devenit la modă în societatea înaltă și chiar au participat la coroane. Și starețul J. A. Nollay a preluat chiar postul de electrician oficial sub regele Ludovic al XV-lea. El a dat numele dispozitivului în numele orașului universitar Leiden din Olanda, unde acest dispozitiv a fost cel mai probabil inventat.

Zece ani de experimente nu au fost în zadar. S-a stabilit cu precizie că rezultatele experimentelor nu depindeau de compoziția apei (oricare dintre acestea era adecvată). Mai mult, în loc de apă, o fracțiune de plumb ar putea fi turnată în borcan sau pur și simplu folia de plumb a fost consolidată în interiorul acestuia. Acest lucru nu s-a reflectat în acțiunea conservei. Pentru a consolida acțiunea, băncile au învățat să colecteze în baterii.

S-a constatat că băncile cu un volum mai mare (prin urmare, cu o suprafață de sticlă mai mare) au dat descărcări mai puternice. Însă dependența impactului de grosimea sticlei era inversă. Ochelarii mai subțiri au dat o descărcare mai puternică. În mod surprinzător, cu ajutorul șocului electric al cercetătorului, oamenii de știință au dat destul de precis formula binecunoscută pentru capacitatea unui condensator plat. Ulterior, istoricii științei numesc în glumă această metodă de măsurare un SET DE METRU.(Din franceza SHOCK - lovit, apăsat).

Pentru a explica fenomenele electrice din comunitatea științifică, au fost prezentate mai multe teorii care au găsit o aplicație în rândul oamenilor de știință. Printre ele se număra teoria unitară a energiei electrice propusă chiar de Franklin. Conform acestei teorii, energia electrică era un fel de lichid fără greutate care umplea toate corpurile. Dacă a existat mai mult sau mai puțin din acest fluid în corpuri, atunci corpul a dobândit o taxă. Cu un exces din acest fluid, corpul a avut o încărcare pozitivă, cu o deficiență - negativă. Această teorie va fi dezvoltată ulterior în teoria electronică a conducerii.

Folosind această teorie, a fost ușor de explicat fenomenele care au loc în condensator (banca Leiden). La încărcare, un fluid electric curge de la o placă de condensator la alta. Rezultatul este o încărcare pozitivă pe o placă și una negativă pe alta. Paharul dintre ele nu servește decât ca izolator și nimic altceva. Este ușor să descarci un astfel de condensator. Este suficient să închideți aceste plăci cu un conductor sau un corp uman. Dar rezultatele experienței lui Franklin au arătat că taxa este în pahar! Cum să înțelegem toate acestea?

Unii oameni de știință, pentru a confirma corectitudinea teoriei unitare, au încercat să îndepărteze sticla din experiență. Au încărcat două bare metalice care atârnau în apropiere. Nu există nici o îndoială că erau un condensator, dar fără sticlă. Din păcate, un astfel de condensator experimentator nu a lovit curentul și întrebarea a rămas nesoluționată.

În 1757, la Sankt Petersburg a fost publicată lucrarea academicianului rus Franz Epinus „Experiență în teoria electricității și magnetismului”, care descrie experiența care a rezolvat această problemă. El a luat ca bază ideea că electrificarea barelor a fost corectă, dar șocul experimentatorului nu a fost lovit din cauza capacității mici a unui astfel de condensator. Și puteți crește capacitatea acestuia prin creșterea plăcilor condensatorului și reducerea distanței dintre ele. Datorită faptului că experimentatorul inventează un nou tip de capacitate electrică pentru acest experiment - un condensator cu un dielectric de aer, dăm textul lui F. Epinus însuși.

„Așa că, pentru a obține o suprafață mare, m-am ocupat să fac plăci de lemn, a căror suprafață era de aproximativ opt metri pătrați, le-am atârnat, suprapunând foi metalice la o distanță de un centimetru și jumătate una de cealaltă, într-o poziție paralelă una cu cealaltă”. El a încărcat un astfel de condensator și s-a descărcat prin el însuși ..

„Am primit imediat un șoc puternic, complet similar cu cel provocat de banca Leiden. În plus, acest dispozitiv a putut să reproducă toate celelalte fenomene care se obțin în bancă; nu este nevoie să le trecem cu vederea. ” Rețineți că opt metri pătrați este puțin mai puțin decât un metru pătrat.

Ultima remarcă despre „toate celelalte fenomene” este foarte semnificativă. Subliniază că energia electrică de la un astfel de condensator este EXACT ACELAȘI, ca din borcanul Leyden. Dar nu era nici un geam și să presupunem că taxele sunt în aerul din jur a fost neproductiv. Mai târziu, în 1838, astfel de substanțe „prin sau prin care acționează forțele electrice” M. Faraday va numi DIELECTRICA. Epinus face o remarcă în carte: „Mi-am dat seama că i s-a întâmplat ceva lui Franklin care i s-ar putea întâmpla fiecărei persoane”, făcând aluzie la proverbul latin - Errare humanum est - este natura umană să greșească.

F. Epinus și-a trimis compoziția în America special pentru Franklin, dar aproape că a încetat să facă cercetări asupra energiei electrice, excluzând utilizarea practică a fulgerului inventat de el. A devenit politician. Iar Ecaterina a II-a a fost excomunicată din activitatea academică în Rusia și F. Epinus. Ea l-a numit profesor de fizică pentru fiul ei Paul, care ulterior a devenit împărat. Dar el a fost invitat la Sankt Petersburg pentru a-l înlocui pe G. V. Richman, care a murit în timpul cercetărilor asupra electricității atmosferice.S-a întâmplat așa că problema experimentelor cu o bancă Leyden a rămas nerezolvată mult timp.

Și în fața mea este un manual despre electricitate în 1918. ediție. Aceasta este o traducere a cărții autorului francez Georges Claude cu lungul titlu „Electricitate pentru toți și fiecare declarat clar”. Descrie experiența cu borcanul Leyden, ca în Franklin, dar deja în absența apei. Vezi poza.

În stânga este montat borcanul Leyden. Literele A, B și C indică componentele sale. A și B sunt interiorul și exteriorul cutiei. C este un pahar de sticlă care servește ca izolator. Un astfel de ansamblu de conserve este încărcat în timpul unui experiment demonstrativ, apoi o cutie încărcată este dezasamblată de un demonstrator în mănuși de cauciuc. Pentru a dovedi faptul că căptușelile de conserve nu au o taxă, sunt în contact între ele. Asigurați-vă că nu există scânteie. Apoi borcanul este colectat. În mod surprinzător, este din nou încărcat și dă o scânteie puternică. Această experiență a declanșat multe. Și știința nu suferă de ambiguități. Cu toate acestea, o explicație a situației a fost dată abia în 1922.

În acel an, în London Journal of Philosophy, a fost publicat un articol de către fizicianul J. Addenbrook, „Studiul experimentelor lui Franklin cu un borcan Leyden”, unde autorul a dat rezultate uimitoare care au punctat toate lucrurile. Se dovedește că, în condiții normale, sticla este întotdeauna acoperită cu o peliculă cu apă, observăm acest lucru prin ceața geamurilor. Apropo, acest film nu este întotdeauna observat vizual. Și acolo încărcările pe condensatorul dezasamblat rămân și joacă rolul plăcilor într-un pahar de sine stătător. Când Addenbrook folosește un pahar nu din sticlă, ci din parafină, pe care nu se formează un film de sticlă, rezultatul este opus celui al lui Franklin. Într-o atmosferă uscată, „efectul Franklin” pe o bancă plină Leiden nu este observat.