Πειραματικές συγκρούσεις της εμπειρίας του Leiden

Το 1913 Το Πανεπιστήμιο της Πετρούπολης έλαβε έναν νέο υπάλληλο - φυσικό Α.Φ. Ιόφ. Κάτω από την ειδικότητα ενός μηχανικού τεχνολογίας, έχοντας μια διάθεση για επιστημονική εργασία, πριν από αυτό είχε εργαστεί στο πανεπιστήμιο του Μονάχου για αρκετά χρόνια υπό την καθοδήγηση του καλύτερου ευρωπαϊκού πειραματικού φυσικού V.K.Rentgen. Εκεί υπερασπίστηκε τη διδακτορική του διατριβή.

Τώρα ο φυσικός του ήταν O.D. Hvolson. Σε μια συζήτηση για την επερχόμενη έρευνα, ο αρχηγός αυτός πρότεινε ότι «θα συνεχίσει την υπέροχη παράδοση των Ρώσων επιστημόνων» να αναπαράγει το καλύτερο επιστημονικό ξένο έργο. Είναι σαφές ότι ο φοιτητής της ακτινογραφίας, ο πρώτος βραβευμένος με Νόμπελ στη φυσική, ακόμη και να ακούσει για αυτό ήταν παράξενο. Ρώτησε πάλι: "Δεν είναι καλύτερα να εγείρω νέα ανεπίλυτα ζητήματα;" Στην οποία ο Hvolson απάντησε: "Μπορεί όμως να φανεί κάτι καινούργιο στη φυσική; Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να είστε ο GJ Thomson. "

Πράγματι, ο J. Thomson, ο ανακαλύπτης του ηλεκτρονίου, ήταν ένας μεγάλος φυσικός. Αλλά στη συνέχεια αποδείχθηκε ότι ο A.F. Ioffe ήταν επίσης σε θέση να θέσει ερωτήσεις στην επιστήμη και η τεχνολογία ημιαγωγών όλου του κόσμου ουσιαστικά ξεκίνησε με αυτό. Επιπλέον, ήταν ο διοργανωτής μιας ρωσικής επιστημονικής σχολής, της οποίας οι μαθητές θα ήταν υπερήφανοι για οποιαδήποτε χώρα στον κόσμο, συμπεριλαμβανομένων των I.V. Kurchatov και των βραβευθέντων με το Νόμπελ N.N.Semenov, P.L. Kapitsa.

Η ικανότητα να ζητάς ερωτήσεις από τη φύση και να λαμβάνεις απαντήσεις μέσω πειράματος θεωρείται το πιο σημαντικό πράγμα στη ζωή της επιστήμης. Και οι αριθμοί που ξέρουν πώς να κάνουν αυτό είναι απλά εξαιρετικοί επιστήμονες. Αλλά ήταν επίσης λάθος και O.D. Hvolson. Η ίδρυση της σύγχρονης φυσικής αποτελείται από τα ευρήματα του έργου των πρωτοπόρων, οι οποίοι ελέγχονται τακτικά, επανελέγχονται, εκλεπτυσμένοι. Εάν δεν επιβεβαιωθούν τα συμπεράσματα, ολόκληρα τμήματα των επιστημών καταρρέουν και στη συνέχεια επιμελώς δημιουργούν νέους τοίχους, κλάδους αυτής της επιστήμης, που οδηγούν σε νέες ανακαλύψεις, σε νέες κατασκευές. Μια τέτοια διαδικασία διαρκεί αιώνες και δεν υπάρχει τέλος σε αυτό.

Εδώ λέμε την ιστορία ενός πειράματος από έναν επιστήμονα που ενδιαφέρεται για μια πολλά υποσχόμενη επιστημονική ερώτηση για ένα φυσικό φαινόμενο και που προσπάθησε να το λύσει με μια απλή και πειστική εμπειρία, αλλά που οδήγησε σε μια κατάσταση που ονομάζεται σύγκρουση. Αυτό συμβαίνει όταν τα αποτελέσματα που προκύπτουν έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους.

Κανείς δεν μπορεί να ορίσει την ακριβή ημερομηνία της επιστημονικής ανακάλυψης του γεγονότος ότι τα ηλεκτρικά φορτία μπορούν να συσσωρευτούν με τη χρήση ειδικών συσκευών, που αργότερα αποκαλούνται τράπεζες Leiden και αργότερα αναπτύχθηκαν σε συσκευές που ονομάζονται ηλεκτρικούς πυκνωτές. Αλλά μπορεί να υποστηριχθεί ότι μετά το 1745. με τη βοήθεια του βάζου Leyden, ήταν δυνατό να ανακαλυφθεί η μεγάλη ταχύτητα εξάπλωσης του ηλεκτρισμού, η επίδρασή του στο σώμα του ανθρώπου και των ζώων, η δυνατότητα ανάφλεξης εύφλεκτων αερίων με ηλεκτρικούς σπινθήρες κλπ. Χιλιάδες ερευνητές προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν αυτή τη συσκευή για τις ανάγκες της εθνικής οικονομίας. Ωστόσο, για κάποιο λόγο κανείς δεν προσπαθεί να μελετήσει την τράπεζα του Λάιντεν.

Το πρώτο ερώτημα για τη φύση στην ίδια την τράπεζα ζητά ο μεγάλος Αμερικανός αυτοδίδακτος επιστήμονας Benjamin Franklin. Θυμηθείτε ότι το βάζο Leyden εκείνη την εποχή ήταν ένα συνηθισμένο μπουκάλι νερό, στο φελλό του οποίου εισήχθη μια ράβδος σιδήρου που άγγιξε αυτό το νερό. Το ίδιο το μπουκάλι κρατήθηκε στα χέρια ή τοποθετήθηκε σε φύλλο μολύβδου. Αυτή ήταν η όλη συσκευή της.

Ο Franklin αναρωτήθηκε για να ανακαλύψει όπου σε αυτή την απλή συσκευή γυάλινο μέταλλο και νερό η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να συσσωρευτεί. Σε μια ράβδο σιδήρου, το νερό ή το ίδιο το μπουκάλι; Τώρα, όταν υπάρχουν διάφορα όργανα μέτρησης και το ήμισυ του πληθυσμού χρησιμοποιεί υπολογιστές, αυτή η ερώτηση θα περιπλέξει πολλούς.Ας δούμε πώς το πρόβλημα αυτό λύθηκε το 1748, όταν ο ίδιος ο πειραματιστής ήταν ο μόνος μετρητικός μηχανισμός, περνούσε από τον εαυτό του επώδυνες ηλεκτρικές διαταραχές. Ως επί το πλείστον, θα παράσχουμε μια περιγραφή των πειραμάτων από τον ίδιο τον συγγραφέα των πειραμάτων, προκειμένου να επαληθεύσουμε τη δική του ευφυία απλότητα.

"Προσπαθώντας να εξετάσει το ηλεκτροφόρο βάζο για να διαπιστώσει πού βρίσκεται η δύναμή του, το τοποθετήσαμε στο γυαλί και βγάλουμε το φελλό με το καλώδιο. Στη συνέχεια, παίρνοντας το κουτάκι στο ένα χέρι και σηκώνοντας το άλλο δάχτυλο στο λαιμό του, απομακρύνσαμε μια ισχυρή σπίθα από το νερό με ένα εξίσου ισχυρό χτύπημα, σαν το σύρμα να παραμείνει στη θέση του και αυτό έδειξε ότι η δύναμη δεν είναι κρυμμένη στο σύρμα. Εδώ, ο συγγραφέας καλεί τον ακροδέκτη μολύβδου του κουτιού ένα καλώδιο.

"Μετά από αυτό, για να μάθουμε αν η ηλεκτρική ενέργεια, όπως νομίζαμε, δεν ήταν στο νερό, ηλεκτροφόρησα και πάλι την τράπεζα. Βάζοντας το στο ποτήρι, έβγαζαν από αυτό, όπως και πριν, ένα καλώδιο με ένα πώμα. τότε χύσαμε όλο το νερό από το δοχείο σε ένα άδειο μπουκάλι, το οποίο επίσης στάθηκε στο ποτήρι. Πιστεύαμε ότι εάν η ηλεκτρική ενέργεια ήταν στο νερό, τότε όταν αγγίζουμε αυτό το μπουκάλι θα έχουμε ένα χτύπημα. Κανένα χτύπημα δεν έγινε. Από εδώ καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι η ηλεκτρική ενέργεια είτε χάθηκε κατά τη διάρκεια της μετάγγισης είτε παρέμεινε στην τράπεζα. "

"Ο τελευταίος αποδείχθηκε αληθινός, όπως διαπιστώσαμε, γιατί όταν το έλεγξα αυτό, ακολούθησε ένα χτύπημα, αν και χύσαμε καθαρό νερό από το βραστήρα σε αυτό". Ο Franklin δεν είχε άλλη επιλογή παρά να παραδεχτεί ότι η χρέωση στην τράπεζα δεν μπορούσε παρά να είναι στο ποτήρι του.

"Για να ανακαλύψουμε τότε, αυτή η ιδιότητα είναι εγγενές στο ποτήρι της φιάλης ή το σχήμα της, πήραμε ένα φύλλο από γυαλί, το βάζαμε στην παλάμη του χεριού μας, το κάλυψαμε με μια πλάκα μολύβδου στην κορυφή και τον ηλεκτριστήκαμε το τελευταίο. Έφεραν ένα δάχτυλο σε αυτήν, με αποτέλεσμα μια σπίθα με ένα χτύπημα. " Με τον τρόπο αυτό, διαπιστώθηκε ότι το σχήμα του γυαλιού δεν επηρεάζει το αποτέλεσμα. Το αποτέλεσμα της επίλυσης αυτού του προβλήματος ήταν για τον Franklin την εφεύρεση ενός επίπεδου πυκνωτή, ένας δίσκος του οποίου ήταν η παλάμη του πειραματιστή, και ο άλλος ένα φύλλο μολύβδου. Ωστόσο, στο μέλλον αντικαθιστά και την παλάμη του χεριού με φύλλο μολύβδου.

Ποιος θα μπορούσε να έχει αμφιβολίες για την επιστημονική καθαρότητα του πειράματος του Yankee; Θα μπορούσε ασφαλώς να ισχυριστεί ότι σε μια ηλεκτρική χωρητικότητα "σε συμπυκνωμένη μορφή" η φόρτιση είναι σε GLASS. Εάν είναι απαραίτητο, οποιοσδήποτε θα μπορούσε να επαναλάβει αυτά τα πειράματα και να επαληθεύσει τα συμπεράσματα του Franklin. Σίγουρα τέτοιου είδους πειράματα πραγματοποιήθηκαν και τα συμπεράσματα επιβεβαιώθηκαν από πολλούς επιστήμονες. Ένα μοντέλο επίδειξης του βάζου Leyden δημιουργήθηκε ακόμη και με τη βοήθεια των οποίων έδειξαν στους φοιτητές μια απλοποιημένη εκδοχή του πειράματος, που στη συνέχεια αποδείχθηκε λάθος. Άλλωστε, αν αντί για νερό, ο Φράνκλιν χρησιμοποίησε υδράργυρο στο πείραμα, το αποτέλεσμα θα μπορούσε να είναι ακριβώς το αντίθετο.

Τα πειράματα με το βάζο Leyden ήταν πολύ θεαματικά και πλήρως συνεπή με τις ιδέες του φωτισμένου absolutism, έτσι έγιναν μοντέρνα στην υψηλή κοινωνία και μάλιστα και στεφανωμένα άτομα συμμετείχαν σε αυτά. Και ο ηγούμενος J.A. Nollay ανέλαβε ακόμη και τη θέση του επίσημου ηλεκτρολόγου κάτω από τον βασιλιά Λουδοβίκου XV. Δήλωσε το όνομα της συσκευής εξ ονόματος της πανεπιστημιακής πόλης Leiden της Ολλανδίας, όπου αυτή η συσκευή πιθανότατα εφευρέθηκε.

Δέκα χρόνια πειράματα δεν ήταν μάταια. Διαπιστώθηκε με ακρίβεια ότι τα αποτελέσματα των πειραμάτων δεν εξαρτώνται από τη σύνθεση του νερού (ο καθένας ήταν κατάλληλος). Επιπλέον, αντί για νερό, θα μπορούσε να χυθεί ένα κλάσμα μολύβδου στο βάζο ή να ενισχυθεί απλά το φύλλο μολύβδου μέσα σε αυτό. Αυτό δεν αντανακλάται στη δράση του δοχείου. Για να ενισχυθεί η δράση, οι τράπεζες έμαθαν να συλλέγουν μπαταρίες.

Διαπιστώθηκε ότι οι τράπεζες μεγαλύτερου όγκου (συνεπώς, με μεγαλύτερη επιφάνεια γυαλιού) έδωσαν ισχυρότερες απορρίψεις. Αλλά η εξάρτηση από την επίδραση στο πάχος του γυαλιού ήταν αντίστροφη. Λεπτά γυαλιά έδωσαν μια ισχυρότερη απαλλαγή. Παραδόξως, με τη βοήθεια του ηλεκτρικού σοκ του ερευνητή, οι επιστήμονες με μεγάλη ακρίβεια κατέληξαν στη γνωστή φόρμουλα για την χωρητικότητα ενός επίπεδου πυκνωτή. Στη συνέχεια, οι ιστορικοί της επιστήμης αποκαλούν γελοία αυτή τη μέθοδο μέτρησης έναν μετρητή SOCKET.(Από το γαλλικό SHOCK - χτύπημα, ώθηση).

Για να εξηγήσουμε τα ηλεκτρικά φαινόμενα στην επιστημονική κοινότητα, έχουν προταθεί αρκετές θεωρίες που έχουν βρει εφαρμογή μεταξύ των επιστημόνων. Μεταξύ αυτών ήταν η ενιαία θεωρία ηλεκτρισμού που πρότεινε ο ίδιος ο Φράνκλιν. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η ηλεκτρική ενέργεια ήταν ένα είδος υγρού χωρίς βάρος που πλήρωσε όλα τα σώματα. Αν υπήρχε περισσότερο ή λιγότερο από αυτό το υγρό στα σώματα, τότε το σώμα απέκτησε ένα φορτίο. Με μια περίσσεια αυτού του υγρού, το σώμα είχε θετικό φορτίο, με ανεπάρκεια - αρνητικό. Αυτή η θεωρία θα αναπτυχθεί αργότερα στην ηλεκτρονική θεωρία της αγωγής.

Χρησιμοποιώντας αυτή τη θεωρία, ήταν εύκολο να εξηγήσουμε τα φαινόμενα που συμβαίνουν στον πυκνωτή (τράπεζα Leiden). Κατά τη φόρτιση, ένα ηλεκτρικό υγρό ρέει από μια πλάκα πυκνωτή σε μια άλλη. Το αποτέλεσμα είναι ένα θετικό φορτίο σε μια πλάκα και ένα αρνητικό σε ένα άλλο. Το γυαλί μεταξύ τους χρησιμεύει μόνο ως μονωτικό και τίποτα άλλο. Είναι εύκολο να αποφορτιστεί ένας τέτοιος πυκνωτής. Αρκεί να κλείσετε αυτές τις πλάκες με έναν αγωγό ή ένα ανθρώπινο σώμα. Αλλά τα αποτελέσματα της εμπειρίας του Franklin έδειξαν ότι η χρέωση είναι στο γυαλί! Πώς να καταλάβετε όλα αυτά;

Μερικοί επιστήμονες, προκειμένου να επιβεβαιώσουν την ορθότητα της ενιαίας θεωρίας, προσπάθησαν να απομακρύνουν το γυαλί από την εμπειρία. Χρεώνουν δύο μεταλλικές ράβδους που κρεμόταν κοντά. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι ήταν πυκνωτής, αλλά χωρίς γυαλί. Δυστυχώς, ένας τέτοιος πυκνωτής πειραματιστή δεν έπληξε το ρεύμα και η ερώτηση παρέμεινε ανεπίλυτη.

Το 1757 δημοσιεύθηκε στην Αγία Πετρούπολη η εργασία του Ρώσικου ακαδημαϊκού Franz Epinus "Η εμπειρία στη θεωρία της ηλεκτρικής ενέργειας και του μαγνητισμού", η οποία περιγράφει την εμπειρία που επιλύει αυτό το πρόβλημα. Έλαβε ως βάση την ιδέα ότι η ηλεκτροδότηση των ράβδων ήταν σωστή, αλλά το σοκ του πειραματιστή δεν χτυπήθηκε λόγω της μικρής χωρητικότητας ενός τέτοιου πυκνωτή. Και μπορείτε να αυξήσετε την χωρητικότητά του αυξάνοντας τις πλάκες πυκνωτών και μειώνοντας την απόσταση μεταξύ τους. Λόγω του γεγονότος ότι ο πειραματιστής ερευνά ένα νέο τύπο ηλεκτρικής χωρητικότητας για αυτό το πείραμα - έναν πυκνωτή με ένα διηλεκτρικό αέρα, δίνουμε το κείμενο του ίδιου του F. Epinus.

"Έτσι, για να πάρω μια μεγάλη επιφάνεια, φρόντισα να φτιάξω ξύλινες πλάκες, η επιφάνεια των οποίων ήταν περίπου οκτώ τετραγωνικά πόδια, τους κρεμούσα, επικαλύπτοντας μεταλλικά φύλλα σε απόσταση ενάμισι ίντσα το ένα από το άλλο σε θέση παράλληλη μεταξύ τους". Έφτιαξε έναν τέτοιο πυκνωτή και εκτοξεύτηκε από τον εαυτό του ..

"Αμέσως έλαβα έντονο σοκ, εντελώς παρόμοιο με αυτό που προκάλεσε η τράπεζα Leiden. Επιπλέον, αυτή η συσκευή ήταν σε θέση να αναπαράγει όλα τα άλλα φαινόμενα που λαμβάνονται στην τράπεζα. δεν χρειάζεται να τα παραβλέψουμε. " Σημειώστε ότι τα οκτώ τετραγωνικά πόδια είναι λίγο λιγότερο από ένα τετραγωνικό μέτρο.

Η τελευταία παρατήρηση για "όλα τα άλλα φαινόμενα" είναι πολύ σημαντική. Υπογραμμίζει ότι η ηλεκτρική ενέργεια από έναν τέτοιο πυκνωτή είναι ΑΚΡΙΒΩΣ το ίδιο από το βάζο Leyden. Αλλά δεν υπήρχε γυαλί και να υποθέσουμε ότι τα φορτία στον περιβάλλοντα αέρα δεν ήταν παραγωγικά. Αργότερα, το 1838, τέτοιες ουσίες "μέσω ή μέσω των οποίων ενεργούν οι ηλεκτρικές δυνάμεις" ο Μ. Faraday θα καλέσει το DIELECTRICS. Ο Epinus κάνει μια παρατήρηση στο βιβλίο: "Έχω συνειδητοποιήσει ότι κάτι συνέβη στον Franklin που θα μπορούσε να συμβεί σε κάθε άνθρωπο", υπαινίσσονται τη λατινική παροιμία - Errare humanum est - είναι η ανθρώπινη φύση να κάνει λάθη.

Ο F. Epinus έστειλε τη σύνθεσή του στην Αμερική ειδικά για τον Franklin, αλλά σχεδόν σταμάτησε να κάνει έρευνα για την ηλεκτρική ενέργεια, αποκλείοντας την πρακτική χρήση του κεραυνό που εφευρέθηκε από αυτόν. Έγινε πολιτικός. Και η Αικατερίνη Β αποκαλύφθηκε από την ακαδημαϊκή δραστηριότητα στη Ρωσία και τον F. Epinus. Τον διόρισε δάσκαλο φυσικής για τον γιο του Παύλο, ο οποίος αργότερα έγινε αυτοκράτορας. Αλλά προσκλήθηκε στην Αγία Πετρούπολη για να αντικαταστήσει τον Γ. Β. Richman, ο οποίος πέθανε κατά τη διάρκεια έρευνας σχετικά με την ατμοσφαιρική ηλεκτρική ενέργεια.Έτσι συνέβη ότι το ζήτημα των πειραμάτων με μια τράπεζα Leyden παρέμεινε ανεπίλυτα εδώ και πολύ καιρό.

Και μπροστά μου είναι ένα εγχειρίδιο για την ηλεκτρική ενέργεια το 1918. δημοσιεύσεις. Αυτή είναι μια μετάφραση του βιβλίου από τον Γάλλο συγγραφέα Georges Claude με τον μακρύ τίτλο "Η ηλεκτρική ενέργεια για όλους και κάθε μία ξεκάθαρα δηλώνεται". Περιγράφει την εμπειρία με το βάζο Leyden, όπως και στον Franklin, αλλά ήδη από την απουσία νερού. Δείτε την εικόνα.

Στα αριστερά βρίσκεται το συγκρότημα βάζων Leyden. Τα γράμματα Α, Β και C υποδεικνύουν τα στοιχεία του. Τα Α και Β είναι το εσωτερικό και το εξωτερικό του δοχείου. Το C είναι ένα γυάλινο ποτήρι που χρησιμεύει ως μονωτικό. Ένα τέτοιο συγκρότημα μπορεί να φορτιστεί κατά τη διάρκεια ενός πειράματος επίδειξης, στη συνέχεια ένα φορτισμένο δοχείο αποσυναρμολογείται από έναν διαδηλωτή σε γάντια από καουτσούκ. Για να αποδείξει κανείς ότι οι επενδύσεις των δοχείων δεν έχουν φορτίο, βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους. Βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχει σπίθα. Στη συνέχεια συλλέγεται το βάζο. Παραδόξως, φορτίζεται ξανά και δίνει μια ισχυρή σπίθα. Αυτή η εμπειρία ξεγελάσει πολλούς. Και η επιστήμη δεν υποφέρει από ασάφειες. Ωστόσο, μια εξήγηση για την κατάσταση δόθηκε μόνο το 1922.

Εκείνη την χρονιά, στο περιοδικό Λονδίνο της Φιλοσοφίας, δημοσιεύθηκε ένα άρθρο από τον φυσικό J. Addenbrook, "Μελέτη των πειραμάτων του Franklin με ένα βάζο Leyden", όπου ο συγγραφέας έφερε εκπληκτικά αποτελέσματα που διασταυρώθηκαν όλα. Αποδεικνύεται ότι κάτω από κανονικές συνθήκες το γυαλί είναι πάντα καλυμμένο με μια ταινία νερού, παρατηρούμε αυτό με την ομίχλη στα παράθυρα. Με την ευκαιρία, αυτή η ταινία δεν παρατηρείται πάντα οπτικά. Και εκεί τα φορτία στον αποσυναρμολογημένο πυκνωτή παραμένουν και παίζουν τον ρόλο των πλακών σε ένα αυτόνομο γυαλί. Όταν το Addenbrook χρησιμοποιεί ένα γυαλί όχι από γυαλί, αλλά από παραφίνη, στο οποίο δεν σχηματίζεται γυάλινη μεμβράνη, το αποτέλεσμα είναι το αντίθετο του Franklin. Σε μια ξηρή ατμόσφαιρα, το φαινόμενο "Franklin" σε μια πτυσσόμενη τράπεζα Leiden δεν παρατηρείται επίσης.