Eksperimentalni sudari Leiden iskustva

1913. godine Petersburško sveučilište dobilo je novog zaposlenika - fizičara A. F. Ioffea. Pod specijalnošću inženjera tehnologa, imajući sklonost za znanstveni rad, prije toga nekoliko je godina radio na Sveučilištu u Münchenu pod vodstvom najboljeg europskog eksperimentalnog fizičara V.K. Tamo je obranio doktorsku disertaciju.

Sada mu je fizičar bio O. D. Hvolson. U razgovoru o nadolazećim istraživanjima ovaj je voditelj predložio da "nastavi divnu tradiciju ruskih znanstvenika" kako bi reproducirali najbolje znanstveno strano djelo. Jasno je da je student X-zraka, prvi dobitnik Nobelove nagrade za fiziku, čak i čuti za to bio čudan. Ponovno je upitao: "Nije li bolje postavljati nova neriješena pitanja?" Na što je Hvolson odgovorio: "Ali može li se nešto novo izmisliti u fizici? Da biste to učinili, morate biti GJ Thomson. "

Doista, J. Thomson, otkrivač elektrona, bio je veliki fizičar. Ali tada se pokazalo da je i A. F. Ioffe znao postavljati pitanja u znanosti i cijela je svjetska tehnologija poluvodiča zapravo započela s tim. Uz to, bio je organizator ruske znanstvene škole, čiji bi se učenici ponosili bilo kojom zemljom na svijetu, uključujući I. V. Kurchatova i nobelovce N.N.Semenov, P. L. Kapitsa.

Sposobnost postavljanja pitanja o prirodi i dobivanja odgovora eksperimentom smatra se najvažnijom stvari u životu znanosti. A brojke koje to znaju učiniti su samo izvanredni znanstvenici. Ali također je bila u krivu i O. D. Hvolson. Temelj moderne fizike sastoji se od nalaza rada pionira, koji se redovito provjeravaju, provjeravaju, usavršavaju. Ako zaključci ne budu potvrđeni, čitavi se dijelovi znanosti urušavaju, a zatim mukotrpno podižu nove zidove, grane ove znanosti, što dovode do novih otkrića, do novih konstrukcija. Takav proces traje stoljećima i tome nema kraja.

Ovdje ćemo ispričati priču o eksperimentu znanstvenika koji je bio zainteresiran za obećavajuće znanstveno pitanje o fizičkom fenomenu i koji ga je pokušao riješiti jednostavnim i uvjerljivim iskustvom, ali koji je doveo do situacije koja se zove sudar. To je slučaj kada se dobiveni rezultati međusobno protive.

Nitko ne može imenovati točan datum znanstvenog otkrića činjenice da se električni naboji mogu akumulirati pomoću posebnih uređaja, kasnije nazvanih Leiden banke i kasnije razvijenih u uređajima zvanim električni kondenzatori, Ali može se tvrditi da je nakon 1745. uz pomoć Leydenove staklenke bilo je moguće saznati veliku brzinu širenja električne energije, njezin utjecaj na ljudski i životinjski organizam, mogućnost paljenja zapaljivih plinova električnim varnicama itd. Tisuće istraživača pokušavaju ovaj uređaj koristiti za potrebe nacionalne ekonomije. Međutim, iz nekog razloga, nitko ne pokušava proučiti samu Leiden banku.

Prvo pitanje prirodi na samoj obali postavlja veliki američki znanstvenik samouk Benjamin Franklin. Podsjetimo da je posuda Leyden u to vrijeme bila obična plutovita boca vode, u čiju su plutu bili ubačeni željezni štap koji je dodirnuo tu vodu. Sama boca bila je ili u rukama ili je stavljena na olovni lim. To je bio cijeli njezin uređaj.

Franklin se pitao kako to sazna gdje u ovom jednostavnom uređaju staklenog metala i vode može se nakupiti struja, U željeznoj šipki, vodi ili samoj boci? Sad, kada postoje različiti mjerni instrumenti, a polovina stanovništva koristi računala, ovo će pitanje mnoge zbuniti.Pogledajmo kako je ovaj problem riješen 1748. godine, kada je sam eksperimentator bio jedini mjerni uređaj, prolazeći kroz sebe bolne električne udare. U najvećem ćemo dijelu dati opis eksperimenata samog autora pokusa kako bismo provjerili njihovu genijalnu jednostavnost.

„Namjeravajući ispitati elektrificiranu staklenku da utvrdimo gdje je skrivena njena snaga, stavili smo je na staklo i žicom uklonili plutu. Zatim smo, uzevši limenku u jednu ruku i drugom prstom podigli vrat, maknuli snažnu iskru iz vode jednako snažnim udarcem, kao da žica ostaje na svom mjestu, a to je pokazalo da sila nije skrivena u žici. " Ovdje autor naziva vodeći terminal limenke žicom.

„Nakon toga, kako bismo saznali da li struja, kako smo mislili, nije u vodi, elektrificirali smo banku. Stavivši je na čašu, izvadili su iz nje, kao i prije, žicu sa čepom; zatim smo svu vodu iz limenke izlili u praznu bocu, koja je također stajala na čaši. Vjerovali smo da ako je struja u vodi, kad dodirnemo ovu bocu doći ćemo do pogotka. Nije došao udarac. Odavde smo zaključili da je struja ili bila izgubljena tijekom transfuzije, ili je ostala u banci. "

"Posljednji se pokazao istinitim, kako smo ustanovili, jer prilikom testiranja ove limenke uslijedio je udarac, iako smo u nju ulili običnu vodu iz kotlića." Franklin nije imao drugog izbora nego priznati da je naboj u banci mogao biti samo u čaši.

„Da bismo saznali kako je ovo svojstvo svojstveno čaši boce ili njenom obliku, uzeli smo list stakla, položili ga na dlan, prekrili ga olovnom pločom i elektrificirali potonju. Doveli su prst do nje, što je rezultiralo iskrom s udarcem. " Na taj je način utvrđeno da oblik čaše ne utječe na rezultat. Rezultat rješavanja ovog problema bio je za Franklin pronalazak ravnog kondenzatora, od kojih je jedna ploča bila dlan eksperimentatora, a druga list olova. Međutim, u budućnosti dlan ruke zamjenjuje i olovnim limom.

Tko bi mogao sumnjati u znanstvenu čistoću Yankee eksperimenta? Mogao je sa sigurnošću tvrditi da se u električnom kapacitetu "u kondenziranom obliku" naboj nalazi u STAKLO. Ako je potrebno, svatko bi mogao ponoviti ove eksperimente i provjeriti Franklinove zaključke. Sigurno su takvi eksperimenti provedeni, a zaključke su potvrdili i mnogi znanstvenici. Čak je stvoren i demonstracijski model Leydenove staklenke, uz pomoć kojega su učenicima pokazali pojednostavljenu verziju eksperimenta, koja se potom pokazala pogrešnim zaključkom. Uostalom, ako bi umjesto vode Franklin u eksperimentu koristio živu, rezultat bi mogao biti upravo suprotan.

Eksperimenti s Leyden staklenkom bili su vrlo spektakularni i u potpunosti su se podudarali s idejama prosvjetljenog apsolutizma, pa su postali modni u visokom društvu, pa su u njima sudjelovale čak i okrunjene osobe. A opat J. A. Nollay čak je zauzeo mjesto službenog električara pod kraljem Lujem XV. Ime je dao uređaju u ime sveučilišnog grada Leidena u Nizozemskoj, gdje je ovaj uređaj najvjerojatnije izumljen.

Deset godina pokusa nije bilo uzalud. Točno je utvrđeno da rezultati eksperimenata ne ovise o sastavu vode (bilo koja je prikladna). Štoviše, umjesto vode, u staklenku se može sipati olovna frakcija ili se unutar nje jednostavno ojačala olovna folija. To se nije odrazilo na djelovanje kante. Da bi pojačale akciju, banke su naučile sakupljati baterije.

Utvrđeno je da banke većeg volumena (dakle, s većom staklenom površinom) daju jače ispuštanje. Ali ovisnost utjecaja na debljinu čaše bila je obrnuta. Tanji staklo davalo je snažniji iscjedak. Iznenađujuće, uz pomoć strujnog udara istraživača, znanstvenici su vrlo precizno smislili formulu za kapacitet plosnatog kondenzatora. Naknadno, povjesničari znanosti šaljivo nazivaju ovu metodu mjerenja SUBOTNIM METEROM.(Iz francuskog SHOCK - udariti, gurati).

Kako bi se objasnili električni fenomeni u znanstvenoj zajednici, izneseno je nekoliko teorija koje su našle primjenu među znanstvenicima. Među njima je bila i unitarna teorija električne energije koju je predložio sam Franklin. Prema ovoj teoriji, električna energija bila je neka vrsta bezvalične tekućine koja je punila sva tijela. Ako je u tijelima bilo više ili manje te tekućine, tada je tijelo dobilo naboj. Uz višak ove tekućine, tijelo je imalo pozitivan naboj, a nedostatak - negativan. Ta će se teorija kasnije razviti u elektroničkoj teoriji provođenja.

Pomoću ove teorije bilo je lako objasniti pojave koje se događaju u kondenzatoru (Leiden banka). Prilikom punjenja, električna tekućina teče s jedne ploče kondenzatora na drugu. Rezultat je pozitivan naboj na jednoj ploči i negativan na drugom. Staklo između njih služi samo kao izolator i ništa drugo. Lako je isprazniti takav kondenzator. Dovoljno je zatvoriti ove ploče s vodičem ili ljudskim tijelom. No, rezultati Franklinovog iskustva pokazali su da je naboj u čaši! Kako razumjeti sve to?

Neki su znanstvenici, kako bi potvrdili ispravnost unitarne teorije, pokušali ukloniti staklo iz iskustva. Napunili su dvije metalne šipke koje su visile u blizini. Nema sumnje da su bili kondenzatori, ali bez stakla. Jao, takav kondenzator eksperimentatora nije pogodio struju i pitanje je ostalo neriješeno.

1757. u Sankt Peterburgu objavljeno je djelo ruskog akademika Franza Epinusa „Iskustvo u teoriji električne energije i magnetizma“, koje opisuje iskustvo koje je riješilo ovaj problem. Kao svoju osnovu uzeo je ideju da je elektrifikacija šipki bila ispravna, ali šok eksperimentatora nije pogodio zbog malog kapaciteta takvog kondenzatora. A možete povećati njegov kapacitet povećanjem ploča kondenzatora i smanjenjem udaljenosti između njih. Zbog činjenice da eksperiment za ovaj eksperiment izmišlja novu vrstu električne kapacitivnosti - kondenzator s zračnim dielektrikom, dajemo tekst samog F. Epinusa.

"Dakle, da bih dobio veliku površinu, pobrinuo sam se da napravim drvene ploče, čija je površina bila oko osam četvornih metara, objesio sam ih, prekrivajući metalne limove na udaljenosti od jednog i pol centimetara jedan od drugog u položaju paralelnom jedan s drugim." Napao je takav kondenzator i ispraznio se kroz sebe.

"Odmah sam primio snažan šok, potpuno sličan onome koji je prouzročila Leiden banka. Uz to, ovaj je uređaj mogao reproducirati i sve ostale pojave koji se dobivaju u banci; nema ih potrebe previdjeti. " Imajte na umu da je osam četvornih metara nešto manje od četvornog metra.

Posljednja napomena o "svim ostalim pojavama" vrlo je značajna. Naglašava da je struja iz takvog kondenzatora tačno ista kao i iz Leydenove staklenke. Ali nije bilo čaše, a pretpostaviti je da se optužbe nalaze u okolnom zraku bilo je neproduktivno. Kasnije, 1838., takve tvari „kroz koje ili kroz koje djeluju električne sile“ M. Faraday će nazvati DIELEKTRIKA. Epinus čini primjedbu u knjizi: „Shvatio sam da se Franklinu dogodilo nešto što bi se moglo dogoditi svakoj osobi“, aludirajući na latinsku poslovicu - Errare humanum est - ljudska je priroda pogriješiti.

F. Epinus je svoj sastav poslao u Ameriku posebno za Franklina, ali on je gotovo prestao istraživati ​​električnu energiju, isključujući praktičnu upotrebu gromobrana koji je izumio. Postao je političar. A Katarina II bila je isključena iz akademske djelatnosti u Rusiji i F. Epinusa. Imenovala ga je učiteljem fizike za svog sina Pavla, koji je kasnije postao carem. Ali pozvan je u Sankt Peterburg da zamijeni G. V. Richmana, koji je umro tijekom istraživanja atmosferske struje.Tako se dogodilo da je pitanje eksperimenata s bankom Leyden dugo vremena ostalo neriješeno.

A ispred mene je udžbenik o struji 1918. godine. izdanje. Ovo je prijevod knjige francuskog autora Georgesa Clauda s dugim naslovom "Električna energija za sve i svaka je jasno iskazana." Opisuje iskustvo s Leyden staklenkom, kao u Franklinu, ali već u nedostatku vode. Vidi sliku.

S lijeve strane je sklop staklenke Leyden. Slova A, B i C označavaju njegove sastavnice. A i B su iznutra i izvana limenke. C je staklena čaša koja služi kao izolator. Takva montaža limenki naplaćuje se tijekom demonstracijskog eksperimenta, a zatim napušteni lim može demontirati u gumenim rukavicama. Da bi dokazali činjenicu da obloge za limenke nemaju naboja, one su u međusobnom kontaktu. Pazite da nema iskre. Zatim se staklenka sakuplja. Začudo, opet se napuni i daje snažnu iskru. To je iskustvo zbunjivalo mnoge. A znanost ne trpi nejasnoće. Međutim, objašnjenje situacije dato je tek 1922. godine.

Te godine, u londonskom časopisu za filozofiju, objavio je članak fizičara J. Addenbrooka, "Studija Franklinovih eksperimenata sa staklenkom Leyden", u kojem je autor došao do nevjerojatnih rezultata koji su iskrivili sve. Ispada da je u normalnim uvjetima staklo uvijek prekriveno vodenim filmom, to opažamo zamagljivanjem prozora. Usput, ovaj film se ne promatra uvijek vizualno. I tamo naboji na demontiranom kondenzatoru ostaju i igraju ulogu ploča u samostalnom staklu. Kad Addenbrook koristi čašu ne od stakla, već od parafina, na kojem se ne formira stakleni film, rezultat je Franklinov suprotan. U suhoj atmosferi također se ne primjećuje "Franklin efekt" na sklopivoj Leiden banci.