Leiden-kokemuksen kokeelliset törmäykset

Vuonna 1913 Pietarin yliopisto sai uuden työntekijän - fyysikon A. F. Ioffeen. Ennen sitä hän oli työskennellyt useita vuosia Münchenin yliopistossa parhaan eurooppalaisen kokeellisen fyysikon V.K.Rentgenin johdolla tekniikan insinöörin erikoistuneena ja kiinnostuneena tieteellisestä työstä. Siellä hän puolusti väitöskirjaansa.

Nyt hänen fyysikko oli O. D. Hvolson. Tulevaa tutkimusta koskevassa keskustelussa tämä johtaja ehdotti, että hän "jatkaisi venäläisten tutkijoiden upeaa perinnettä" jäljentääkseen parasta ulkomaista tieteellistä työtä. On selvää, että röntgenopiskelija, aivan ensimmäinen fysiikan Nobel-palkinnon saaja, edes kuulla siitä oli outoa. Hän kysyi taas: "Eikö ole parempi ottaa uusia ratkaisematta olevia kysymyksiä?" Jolle Hvolson vastasi: ”Mutta voidaanko fysiikassa keksitä jotain uutta? Tätä varten sinun on oltava GJ Thomson. ”

Todellakin, elektronin löytäjä J. Thomson oli merkittävä fyysikko. Mutta sitten kävi ilmi, että A. F. Ioffe osaa myös kysyä tiedettä, ja koko maailman puolijohdeteknologia alkoi käytännössä siitä. Lisäksi hän järjesti venäläisen tiedekoulun, jonka opiskelijat olisivat ylpeitä mistä tahansa maailman maasta, mukaan lukien I. V. Kurchatov ja Nobel-palkinnon saajat N. N. Semenov, P. L. Kapitsa.

Kykyä kysyä luontokysymyksiä ja saada vastauksia kokeilun kautta pidetään tärkeimpänä tieteen elämässä. Ja hahmot, jotka osaavat tehdä tämän, ovat vain erinomaisia ​​tutkijoita. Mutta hän oli myös väärässä ja O. D. Hvolson. Nykyaikaisen fysiikan perusta koostuu pioneerien työn tuloksista, joita tarkistetaan, tarkistetaan ja parannetaan säännöllisesti. Jos johtopäätöksiä ei vahvisteta, kokonaiset tiedeosat romahtavat ja sitten huolellisesti pystytettiin uusia seiniä, tämän tieteen haaraa, jotka johtavat uusiin löytöihin, uusiin rakenteisiin. Tällainen prosessi kestää vuosisatoja, eikä sillä ole loppua.

Tässä kerromme tarinan kokeilusta tiedemieheltä, joka oli kiinnostunut lupaavasta tieteellisestä kysymyksestä fyysisestä ilmiöstä ja joka yritti ratkaista sen yksinkertaisella ja vakuuttavalla kokemuksella, mutta joka johti tilanteeseen, jota kutsuttiin törmäykseksi. Näin on silloin, kun saadut tulokset ovat ristiriidassa keskenään.

Kukaan ei voi nimetä tarkkaa päivämäärää tieteelliselle havainnolle siitä tosiasiasta, että sähkövarauksia voidaan kerätä erityislaitteilla, joita kutsutaan myöhemmin Leiden-pankeiksi ja joita kehitettiin myöhemmin laitteisiin nimeltä sähkökondensaattorit. Mutta voidaan väittää, että vuoden 1745 jälkeen. Leyden-purkin avulla oli mahdollista selvittää sähkön leviämisen nopea nopeus, sen vaikutukset ihmis- ja eläinorganismiin, mahdollisuus syttyä palavia kaasuja sähköisillä kipinöillä jne. Tuhannet tutkijat yrittävät käyttää tätä laitetta kansantalouden tarpeisiin. Jostain syystä kukaan ei kuitenkaan yritä itse tutkia Leiden-pankkia.

Ensimmäisen kysymyksen luonnolle itse pankissa kysyy suuri amerikkalainen itseopiskelija, Benjamin Franklin. Muista, että Leydenin purkki oli tuolloin tavallinen korjattu vesipullo, jonka korkkiin asetettiin rauta sauva, joka kosketti tätä vettä. Itse pullo joko pidettiin käsissä tai asetettiin lyijyarkkiin. Se oli hänen koko laitteensa.

Franklin ihmetteli selvittää missä tässä yksinkertaisessa laitteessa lasimetalli ja vesi sähkö voi kerätä. Rautasangossa, vedessä vai pullossa? Nyt kun on olemassa erilaisia ​​mittauslaitteita ja puolet väestöstä käyttää tietokoneita, tämä kysymys hämmentää monia.Katsotaanpa kuinka tämä ongelma ratkaistiin vuonna 1748, kun kokeilija itse oli ainoa mittauslaite, joka kulki itsensä läpi tuskallisia sähköiskuja. Annamme suurimmaksi osaksi kokeilun tekijän itse tekemän kokeilujen kuvauksen niiden nerokkaan yksinkertaisuuden varmistamiseksi.

”Aikeena tutkia sähköistettyä purkkia sen selvittämiseksi, missä sen voima on piilossa, panimme sen lasille ja otimme korkin langan mukana. Sitten ottaen tölkin toisessa kädessä ja nostamalla toisen sormen kaulaansa, poistimme vedestä voimakkaan kipinän yhtä voimakkaalla iskulla kuin lanka olisi paikoillaan, ja tämä osoitti, että voima ei ole piilossa lankassa. " Täällä kirjailija kutsuu tölkin johtoterminaalia lankaksi.

”Sen jälkeen selvittääksemme, oliko sähköä, kuten ajattelimme, ei ole vedessä, sähköistimme pankin uudelleen. Laittamalla sen lasille, he ottivat siitä pois, kuten aiemmin, korkilla varustetun langan; sitten kaadettiin kaikki tölkin vesi tyhjään pulloon, joka myös seisoi lasilla. Uskoimme, että jos sähköä oli vedessä, niin koskettamalla tätä pulloa saamme osuman. Ei isku tuli. Täältä päätelimme, että sähkö oli joko kadonnut verensiirron aikana tai jäänyt pankkiin. ”

"Viimeinen osoittautui totta, kuten olemme todenneet, koska testattaessa tätä tölkkiä tapahtui isku, vaikka kaatoimme kattilaan puhdasta vettä siihen." Franklinillä ei ollut muuta vaihtoehtoa kuin myöntää, että pankkimaksu voisi olla vain lasissa.

”Tämän selvittämiseksi, tämä ominaisuus kuuluu luontaisesti pullon lasiin tai sen muotoon, otimme lasiarkin, asetimme sen kämmenellemme, peitimme sen päällä olevalla lyijylevyllä ja viimeksi mainitut sähköissi. He toivat sormen hänen luokseen, mikä aiheutti kipinän iskulla. " Tällä tavalla määritettiin, että lasin muoto ei vaikuta tulokseen. Tämän ongelman ratkaisun tulos oli Franklinille keksintö litteästä kondensaattorista, jonka toinen levy oli koettelijan kämmen ja toinen lyijyarkki. Jatkossa hän korvaa kuitenkin kämmenensä myös lyijylevyllä.

Kenellä voisi olla epäilyjä Yankee-kokeen tieteellisestä puhtaudesta? Hän voi turvallisesti väittää, että sähköisessä kapasitanssissa “tiivistetyssä muodossa” varaus on LASI. Tarvittaessa kuka tahansa voisi toistaa nämä kokeet ja tarkistaa Franklinin johtopäätökset. Sellaiset kokeet tehtiin varmasti, ja monet tutkijat vahvistivat päätelmät. Jopa luotiin Leyden-purkin esittelymalli, jonka avulla he näyttivät opiskelijoille yksinkertaistetun version kokeesta, joka osoittautui sitten väärään johtopäätökseen. Loppujen lopuksi, jos veden sijasta Franklin käytti elohopeaa kokeessa, tulos voisi olla aivan päinvastainen.

Kokeet Leyden-purkin kanssa olivat erittäin näyttäviä ja täysin yhdenmukaisia ​​valaistuneen absolutismin ideoiden kanssa, joten niistä tuli muodikasta korkeaa yhteiskuntaa ja jopa kruunatut henkilöt osallistuivat niihin. Ja apotti J. A. Nollay aloitti jopa virallisen sähköasentajan tehtävät kuningas Louis XV: n alaisena. Hän antoi laitteelle nimen Hollannissa sijaitsevan Leidenin yliopistokaupungin puolesta, missä tämä laite todennäköisesti keksittiin.

Kymmenen vuoden kokeilut eivät olleet turhaan. Todettiin tarkkaan, että kokeiden tulokset eivät riippuneet veden koostumuksesta (kukin sopi). Lisäksi veden sijasta voitiin kaataa lyijyfraktio purkkiin tai yksinkertaisesti lyijykalvoa vahvistettiin sen sisälle. Tämä ei heijastu tölkin toiminnassa. Vahvistaakseen toimintaa pankit oppivat keräämään akkuja.

Todettiin, että suuremman tilavuuden pankit (siten suurempi lasipinta) antoivat voimakkaampia purkauksia. Mutta vaikutuksen riippuvuus lasin paksuudesta oli käänteinen. Ohuemmat lasit antoivat vahvemman purkauksen. Yllättäen tutkijoiden sähköiskun avulla tutkijat kertoivat melko tarkasti tunnetun kaavan tasaisen kondensaattorin kapasitanssille. Myöhemmin tieteen historioitsijat kutsuvat tätä leikkinään tätä mittausmenetelmää JAKSO-MITTARAKSI.(Ranskan shokista - lyö, paina).

Tieteellisen yhteisön sähköisten ilmiöiden selittämiseksi on esitetty useita teorioita, jotka ovat löytäneet sovelluksen tutkijoiden keskuudessa. Heidän joukossaan oli Franklinin itsensä ehdottama yhtenäinen sähkön teoria. Tämän teorian mukaan sähkö oli eräänlainen painoton neste, joka täytti kaikki ruumiit. Jos ruumiissa oli enemmän tai vähemmän tätä nestettä, ruumiin sai varauksen. Ylimäärällä tätä nestettä ruumiilla oli positiivinen varaus, puutteella - negatiivinen. Tätä teoriaa kehitetään myöhemmin sähköisessä johtajuusteoriassa.

Tätä teoriaa käyttämällä oli helppo selittää kondensaattorissa (Leiden-pankissa) esiintyviä ilmiöitä. Latauksen aikana sähköneste virtaa kondensaattorilevyltä toiselle. Tuloksena on positiivinen varaus yhdellä levyllä ja negatiivinen toisella. Niiden välinen lasi toimii vain eristeenä eikä mitään muuta. Tällainen kondensaattori on helppo purkaa. Riittää, että suljetaan nämä levyt johtimella tai ihmiskeholla. Mutta Franklinin kokemuksen tulokset osoittivat, että lataus on lasissa! Kuinka ymmärtää kaiken tämän?

Jotkut tutkijat vakuuttivat yhtenäisen teorian oikeellisuuden yrittivät poistaa lasin kokemuksesta. He latasivat kaksi metallirautaa, jotka ripustettiin lähellä. Ei ole epäilystäkään siitä, että ne olivat kondensaattoreita, mutta ilman lasia. Valitettavasti tällainen koetinkondensaattori ei osunut virtaan ja kysymys jäi ratkaisematta.

Vuonna 1757 Pietarissa julkaistiin venäläisen akateemikon Franz Epinuksen teos ”Kokemus sähkön ja magneettisuuden teoriasta”, joka kuvaa kokemuksen, joka ratkaisi tämän ongelman. Hän piti lähtökohtana ajatusta tankojen sähköistyksestä oikein, mutta kokeilijan isku ei kärsinyt tällaisen kondensaattorin pienen kapasiteetin vuoksi. Ja voit lisätä sen kapasiteettia lisäämällä kondensaattorilevyjä ja vähentämällä niiden välistä etäisyyttä. Koska kokeilija keksii kokeilulle uuden tyyppisen sähkökapasitanssin - kondensaattorin, jolla on ilma-dielektrisyys, annamme itse F. Epinuksen tekstin.

"Joten suuren pinnan saamiseksi huolehtin puulevyjen valmistuksesta, joiden pinta oli noin kahdeksan neliöjalkaa, ripustin ne päällekkäin metallilevyjä puolitoista tuuman etäisyydellä toisistaan ​​toistensa suuntaisessa asennossa." Hän latasi sellaisen kondensaattorin ja purkautui itsensä läpi ..

”Sain heti voimakkaan shokin, täysin samanlainen kuin Leiden-pankin aiheuttama. Lisäksi tämä laite pystyi toistamaan kaikki muut pankista saatavat ilmiöt; niitä ei tarvitse unohtaa. ” Huomaa, että kahdeksan neliöjalkaa on vähän vähemmän kuin neliömetri.

Viimeinen huomautus kaikista muista ilmiöistä on erittäin merkittävä. Se korostaa, että tällaisesta kondensaattorista saatava sähkö on TÄYSIN SAMMALTA kuin Leydenin purkista. Mutta lasia ei ollut, ja olettaa, että varaukset ovat ympäröivässä ilmassa, oli tuottamatonta. Myöhemmin, vuonna 1838, sellaisia ​​aineita, "joiden kautta tai joiden kautta sähkövoimat vaikuttavat", M. Faraday kutsuu DIELECTRICSiksi. Epinus tekee kirjassa huomautuksen: “Tajusin, että Franklinille tapahtui jotain, mitä voi tapahtua jokaiselle henkilölle”, viitaten latinalaiseen sananlaskuun - Errare humanum est - ihmisten luonne on tehdä virheitä.

F. Epinus lähetti sävellyksensä Amerikkaan erityisesti Franklinille, mutta hän melkein lopetti tutkimuksen sähköstä, lukuun ottamatta hänen keksimänsä salamanvarren käytännön käyttöä. Hänestä tuli poliitikko. Ja Katariina II erotettiin akateemisesta toiminnasta Venäjällä ja F. Epinus. Hän nimitti hänet fysiikan opettajaksi pojalleen Paulille, josta myöhemmin tuli keisari. Mutta hänet kutsuttiin Pietariin korvaamaan G. V. Richman, joka kuoli ilmakehän sähkön tutkimuksen aikana.Niin tapahtui, että kysymys kokeista Leyden-pankilla pysyi pitkään ratkaisematta.

Ja edessäni on sähkön oppikirja vuonna 1918. painos. Tämä on käännös ranskalaisen kirjailijan Georges Clauden teoksesta, jonka pitkä otsikko on "Sähkö kaikille ja jokainen selvästi ilmaistu". Se kuvaa kokemusta Leyden-purkista, kuten Franklinissä, mutta jo vedestä puuttuu. Katso kuva.

Vasemmalla puolella Leyden-purkkokokoonpano. Kirjaimet A, B ja C osoittavat sen komponentit. A ja B ovat tölkin sisä- ja ulkopinta. C on lasin dekantterilasi, joka toimii eristeenä. Tällainen tölkkikokoonpano ladataan esittelykokeen aikana, sitten mielenosoittaja purkaa ladatun tölkin kumikäsineissä. Osoittaakseen tosiasian, että tölkkien vuorauksissa ei ole varausta, ne ovat kosketuksissa toisiinsa. Varmista, ettei kipinää ole. Sitten purkki kerätään. Yllättäen se on jälleen ladattu ja antaa voimakkaan kipinän. Tämä kokemus hämmentää monia. Ja tiede ei kärsi moniselitteisyyksistä. Selitys tilanteesta annettiin kuitenkin vasta vuonna 1922.

Tuona vuonna Lontoon Philosophical Journal -julkaisussa julkaistiin fyysikko J. Addenbrookin artikkeli ”Franklinin kokeiden tutkiminen Leydenin purkilla”, jossa kirjoittaja esitti uskomattomia tuloksia, jotka katkoivat kaiken i. Osoittautuu, että normaaleissa olosuhteissa lasi on aina peitetty vesikalvolla, havaitsemme tämän sumuuttamalla ikkunat. Tätä elokuvaa ei muuten aina havaita visuaalisesti. Ja siellä puretun kondensaattorin varaukset pysyvät ja ovat levyjen rooli itsenäisessä lasissa. Kun Addenbrook käyttää lasia, ei lasia, mutta parafiinia, jolle lasikalvo ei muodostu, tulos on päinvastainen kuin Franklinin. Kuivassa ilmakehässä ei myöskään havaita "Franklinin vaikutusta" kokoontaitettavassa Leiden-pankissa.