Experimentální srážky Leidenovy zkušenosti

V roce 1913 Petersburgská univerzita přijala nového zaměstnance - fyzika A.F. Ioffeho. Před specializací technologického inženýra se zálibou v vědecké práci, předtím působil několik let na univerzitě v Mnichově pod vedením nejlepšího evropského experimentálního fyzika V.K.Rentgena. Tam obhajoval svou disertační práci.

Jeho fyzikem byl nyní O.D. Hvolson. V rozhovoru o nadcházejícím výzkumu tento vůdce navrhl, aby „pokračoval v nádherné tradici ruských vědců“ a reprodukoval nejlepší vědeckou zahraniční práci. Je zřejmé, že student rtg, prvního nositele Nobelovy ceny za fyziku, dokonce o tom slyšel, byl zvláštní. Zeptal se znovu: „Není lepší vznášet nové nevyřešené problémy?“ Na co Hvolson odpověděl: „Ale lze ve fyzice vynalézt něco nového? K tomu musíte být GJ Thomson. “

Ve skutečnosti byl J. Thomson, objevitel elektronů, hlavním fyzikem. Ale pak se ukázalo, že A.F. Ioffe také věděl, jak klást otázky ve vědě a celá světová polovodičová technologie s tím v podstatě začala. Kromě toho byl organizátorem ruské vědecké školy, jejíž studenti by byli hrdí na jakoukoli zemi na světě, včetně I. V. Kurchatova a laureátů Nobelovy ceny N. N. Semenova, P. L. Kapitsy.

Schopnost klást otázky přírody a přijímat odpovědi prostřednictvím experimentu je považována za nejdůležitější v životě vědy. A čísla, která vědí, jak to udělat, jsou jen vynikající vědci. Ale také se mýlila a O.D. Hvolson. Základ moderní fyziky spočívá v nálezech práce průkopníků, které jsou pravidelně kontrolovány, znovu kontrolovány a zdokonalovány. Pokud se závěry nepotvrdí, celé sekce věd se zhroutí a potom pečlivě postaví nové zdi, větve této vědy, které vedou k novým objevům, k novým výstavbám. Takový proces trvá celá staletí a není toho konce.

Zde vyprávíme příběh experimentu vědce, který se zajímal o slibnou vědeckou otázku o fyzickém jevu a který se ji pokusil vyřešit jednoduchou a přesvědčivou zkušeností, která však vedla k situaci zvané kolize. To je případ, kdy získané výsledky si vzájemně odporují.

Přesné datum vědeckého objevu nikdo nemůže pojmenovat, že elektrické náboje lze akumulovat pomocí speciálních zařízení, později nazývaných Leidenské banky a později vyvinutých v zařízeních s názvem elektrické kondenzátory. Lze ale tvrdit, že po roce 1745. pomocí Leydenovy nádoby bylo možné zjistit vysokou rychlost šíření elektřiny, její účinek na lidský a živočišný organismus, možnost vznícení hořlavých plynů elektrickými jiskry atd. Tisíce vědců se snaží toto zařízení použít pro potřeby národního hospodářství. Z nějakého důvodu se však nikdo nesnaží studovat samotnou banku Leiden.

První otázku přírody do banky samotné položil velký americký samouk vědec Benjamin Franklin. Připomeňme, že Leydenova nádoba byla v té době obyčejnou korkovou lahví vody, do korku, do které byla vložena železná tyč, která se dotkla této vody. Samotná láhev byla buď držena v ruce, nebo umístěna na olověný list. To bylo celé její zařízení.

Franklin přemýšlel, aby to zjistil kde v tomto jednoduchém zařízení skleněný kov a voda elektřina se může hromadit. V železné tyči, vodě nebo samotné láhvi? Nyní, když existují různé měřicí přístroje a polovina populace používá počítače, bude tato otázka mnohým matoucí.Podívejme se, jak byl tento problém vyřešen v roce 1748, kdy experimentátor byl jediným měřicím zařízením, které prošlo bolestivými elektrickými šoky. Z větší části poskytneme popis experimentů samotným autorem experimentů, abychom ověřili jejich geniální jednoduchost.

"Měli jsme v úmyslu prozkoumat elektrifikovanou nádobu a zjistit, kde je její síla skrytá, položili jsme ji na sklenici a odstranili korek drátem." Potom, vezmec plechovku jednou rukou a zvedl druhý prst k jejímu krku, odstranili jsme silnou jiskru z vody se stejně silným úderem, jako by drát zůstal na svém místě, a to ukázalo, že síla není v drátu skrytá. ““ Zde autor nazývá hlavní terminál plechovky drátem.

"Poté, abychom zjistili, zda elektřina, jak jsme si mysleli, nebyla ve vodě, znovu jsme elektrifikovali banku." Když ji položili na sklo, vytáhli z ní, jako předtím, drát se zátkou; pak jsme nalili veškerou vodu z plechovky do prázdné láhve, která také stála na sklenici. Věřili jsme, že pokud bude ve vodě elektřina, pak, když se dotkneme této láhve, dostaneme zásah. Přišla žádná rána. Odtud jsme dospěli k závěru, že elektřina byla buď ztracena během transfúze, nebo zůstala v bance. “

"Ukázalo se, že poslední byla pravda, jak jsme zjistili, protože při testování to může následovat rána, i když jsme do ní nalili čistou vodu z konvice." Franklin neměl jinou možnost, než připustit, že poplatek v bance mohl být pouze ve sklenici.

"Abychom to zjistili, tato vlastnost je vlastní sklenici láhve nebo jejímu tvaru, vzali jsme sklenici skla, položili ji na dlaň naší ruky, přikryli ji vrchní deskou a elektrifikovali ji." Přinesli jí prst, což mělo za následek jiskru ranou. “ Tímto způsobem bylo určeno, že tvar skla nemá vliv na výsledek. Výsledkem řešení tohoto problému byl pro Franklin vynález plochého kondenzátoru, jehož jedna deska byla dlaní experimentátora a druhá list olova. V budoucnosti však také nahradí dlaň olověným listem.

Kdo by mohl mít pochybnosti o vědecké čistotě Yankeeho experimentu? Mohl bezpečně tvrdit, že v elektrické kapacitě „v kondenzované formě“ je náboj v SKLO. Pokud je to nutné, kdokoli by mohl tyto experimenty opakovat a ověřit Franklinovy ​​závěry. Tyto experimenty byly jistě provedeny a závěry byly potvrzeny mnoha vědci. Byl dokonce vytvořen demonstrační model sklenice Leyden, pomocí které ukázali studentům zjednodušenou verzi experimentu, a nakonec skončili s nesprávným závěrem. Nakonec, pokud Franklin namísto vody použil v experimentu rtuť, výsledek by mohl být přesně opačný.

Experimenty s Leydenovým džbánem byly velmi velkolepé a plně v souladu s myšlenkami osvíceného absolutismu, takže se staly módní ve vysoké společnosti a účastnili se jich dokonce i korunovaní lidé. A opat J.A. Nollay se dokonce ujal funkce oficiálního elektrikáře za krále Ludvíka XV. Název dal zařízení jménem univerzitního města Leiden v Holandsku, kde bylo toto zařízení s největší pravděpodobností vynalezeno.

Deset let experimentů nebylo marných. Bylo přesně stanoveno, že výsledky experimentů nezávisí na složení vody (žádný z nich byl vhodný). Kromě toho místo vody bylo možné do sklenice nalít olověnou frakci, nebo se uvnitř uvnitř zesílila olověná fólie. To se neprojevilo v akci plechovky. Pro posílení akce se banky naučily sbírat baterie.

Bylo zjištěno, že banky o větším objemu (tedy s větším povrchem skla) vydaly silnější výboje. Závislost dopadu na tloušťku skla však byla inverzní. Tenčí brýle dávaly silnější výboj. S překvapením, s pomocí elektrického šoku výzkumníka, vědci docela přesně přišli s dobře známým vzorcem pro kapacitu plochého kondenzátoru. Následně historici vědy vtipně nazývají tuto metodu měření SOCKET METER.(Z francouzského SHOCK - hit, push).

K vysvětlení elektrických jevů ve vědecké komunitě bylo předloženo několik teorií, které našli uplatnění mezi vědci. Mezi nimi byla jednotná teorie elektřiny navržená samotným Franklinem. Podle této teorie byla elektřina druhem beztížné kapaliny, která naplnila všechna těla. Pokud v těle bylo více nebo méně této tekutiny, získalo tělo náboj. Při nadbytku této tekutiny mělo tělo kladný náboj, s nedostatkem - negativní. Tato teorie bude později vyvinuta v elektronické teorii vedení.

Pomocí této teorie bylo snadné vysvětlit jevy vyskytující se v kondenzátoru (Leidenova banka). Při nabíjení protéká elektrická kapalina z jedné kondenzátorové desky na druhou. Výsledkem je kladný náboj na jedné desce a záporný na druhé desce. Sklo mezi nimi slouží pouze jako izolátor a nic jiného. Takový kondenzátor lze snadno vybít. Stačí zavřít tyto desky vodičem nebo lidským tělem. Výsledky Franklinových zkušeností však ukázaly, že náboj je ve skle! Jak to všechno pochopit?

Někteří vědci, aby potvrdili správnost unitární teorie, se pokusili odstranit sklo ze zkušenosti. Nabíjeli dva kovové tyče, které visely poblíž. Není pochyb o tom, že šlo o kondenzátor, ale bez skla. Bohužel, takový experimentátorský kondenzátor nenarazil na proud a otázka zůstala nevyřešena.

V roce 1757 byla v Petrohradě publikována práce ruského akademika Franze Epinuse „Zkušenosti s teorií elektřiny a magnetismu“, která popisuje zkušenosti, které tento problém vyřešily. Jako základ založil myšlenku, že elektrifikace tyčí byla správná, ale šok experimentátora nebyl zasažen kvůli malé kapacitě takového kondenzátoru. A můžete zvýšit jeho kapacitu zvětšením kondenzátorových desek a zmenšením vzdálenosti mezi nimi. Vzhledem k tomu, že experimentátor vynalezl nový typ elektrické kapacity pro tento experiment - kondenzátor se vzduchovým dielektrikem, dáváme text samotného F. Epinuse.

"Abych získal velký povrch, postaral jsem se o výrobu dřevěných desek, jejichž povrch byl asi osm čtverečních stop, zavěsil jsem je a překrýval kovové plechy ve vzdálenosti jeden a půl palce od sebe v poloze rovnoběžné k sobě." Nabíjel takový kondenzátor a vybíjel se skrz sebe.

"Okamžitě jsem dostal silný šok, úplně podobný tomu, který způsobila banka Leiden." Kromě toho bylo toto zařízení schopné reprodukovat všechny ostatní jevy, které se získají v bance; není třeba je přehlížet. “ Všimněte si, že osm čtverečních stop je o něco méně než metr čtvereční.

Poslední poznámka o „všech ostatních jevech“ je velmi významná. Zdůrazňuje, že elektřina z takového kondenzátoru je přesně stejná jako z Leydenovy nádoby. Nebylo tam však žádné sklo a předpokládat, že náboje jsou v okolním vzduchu, bylo neproduktivní. Později, v roce 1838, takové látky „, skrze které skrz které elektrické síly působí“, M. Faraday nazývá DIELECTRICS. Epinus v knize uvádí poznámku: „Uvědomil jsem si, že se Franklinovi stalo něco, co by se mohlo stát každému člověku“, a zmiňovat se o latinském přísloví - Errare humanum est - je lidskou povahou dělat chyby.

F. Epinus poslal své složení do Ameriky speciálně pro Franklin, ale téměř přestal dělat výzkum elektřiny, s vyloučením praktického využití blesku, který vynalezl. Stal se politikem. A Kateřina II. Byla vyloučena z akademické činnosti v Rusku a F. Epinuse. Za svého syna Paula, který se později stal císařem, ho jmenovala učitelkou fyziky. Byl však pozván do Petrohradu, aby nahradil G. V. Richmana, který zemřel při výzkumu atmosférické elektřiny.Stalo se tak, že otázka experimentů s bankou Leyden zůstala dlouhou dobu nevyřešena.

A přede mnou je učebnice o elektřině z roku 1918. publikace. Toto je překlad knihy francouzského autora Georges Claude s dlouhým názvem „Elektřina pro všechny, jasně řečeno“. Popisuje zkušenost s Leydenovou nádobou, jako ve Franklin, ale již bez vody. Viz obrázek.

Vlevo je sestava sklenic Leyden. Písmena A, B a C označují jeho složky. A a B jsou uvnitř a vně nádoby. C je skleněná kádinka sloužící jako izolátor. Taková sestava plechovky je nabita během demonstračního experimentu, poté je nabitá plechovka demontována demonstrátorem v gumových rukavicích. K prokázání skutečnosti, že obložení plechovek nemá poplatek, jsou ve vzájemném kontaktu. Ujistěte se, že není jiskra. Potom se nádoba shromáždí. Překvapivě je opět nabitá a vydává silnou jiskru. Tato zkušenost byla pro mnohé nepochopitelná. A věda netrpí nejasnostmi. Vysvětlení situace však bylo uvedeno až v roce 1922.

V tom roce, v londýnském časopisu filozofie, byl publikován článek fyzika J. Addenbrooka „Studie Franklinových experimentů s Leydenovým džbánem“, kde autor přišel s úžasnými výsledky, které tečkovaly vše i. Ukazuje se, že za normálních podmínek je sklo vždy pokryto vodní vrstvou, pozorujeme to zamlžováním oken. Mimochodem, tento film není vždy vizuálně pozorován. Na rozebraném kondenzátoru zbývají náboje a hrají roli desek v samostatném skle. Když Addenbrook používá sklenici ne ze skla, ale z parafínu, na kterém se nevytváří skleněný film, výsledkem je opak Franklinova. V suché atmosféře také není pozorován „Franklinův efekt“ na skládací Leidenovu banku.