Experimentele botsingen van de Leidse ervaring

In 1913 Petersburg University ontving een nieuwe medewerker - natuurkundige A.F. Ioffe. Onder de specialiteit van een technoloog-ingenieur, met een voorliefde voor wetenschappelijk werk, werkte hij daarvoor enkele jaren aan de Universiteit van München onder begeleiding van de beste Europese experimentele fysicus V.K. Rentgen. Daar verdedigde hij zijn proefschrift.

Nu was zijn fysicus O.D. Hvolson. In een gesprek over aankomend onderzoek suggereerde deze leider dat hij "de prachtige traditie van Russische wetenschappers voortzet" om het beste wetenschappelijke buitenlandse werk te reproduceren. Het is duidelijk dat de student van X-ray, de allereerste Nobelprijswinnaar in de natuurkunde, zelfs om erover te horen vreemd was. Hij vroeg opnieuw: "Is het niet beter om nieuwe onopgeloste problemen aan de orde te stellen?" Waarop Hvolson antwoordde: “Maar kan er iets nieuws worden uitgevonden in de natuurkunde? Om dit te doen, moet je GJ Thomson zijn. '

J. Thomson, de ontdekker van het elektron, was inderdaad een belangrijke fysicus. Maar toen bleek dat A.F. Ioffe ook wist hoe hij vragen moest stellen in de wetenschap en de hele wereld begon halfgeleidertechnologie daarmee. Bovendien was hij de organisator van een Russische wetenschappelijke school, waarvan de studenten trots zouden zijn op elk land ter wereld, waaronder I.V. Kurchatov en Nobelprijswinnaars N.N. Semenov, P.L. Kapitsa.

Het vermogen om vragen in de natuur te stellen en antwoorden te krijgen door middel van experimenten wordt als het belangrijkste in het leven van de wetenschap beschouwd. En de cijfers die weten hoe dit te doen, zijn gewoon uitstekende wetenschappers. Maar ze had ook ongelijk en O.D. Hvolson. De basis van de moderne fysica bestaat uit de bevindingen van het werk van pioniers, die regelmatig worden gecontroleerd, opnieuw gecontroleerd, verfijnd. Als de conclusies niet worden bevestigd, storten hele secties van de wetenschappen in elkaar en worden vervolgens nauwgezet nieuwe muren gebouwd, takken van deze wetenschap, die leiden tot nieuwe ontdekkingen, tot nieuwe constructies. Zo'n proces duurt eeuwen en hier komt geen einde aan.

Hier vertellen we het verhaal van een experiment door een wetenschapper die geïnteresseerd was in een veelbelovende wetenschappelijke vraag over een fysiek fenomeen en die het probeerde op te lossen met een eenvoudige en overtuigende ervaring, maar die leidde tot een situatie die een botsing werd genoemd. Dit is het geval wanneer de verkregen resultaten elkaar tegenspreken.

Niemand kan de exacte datum noemen van de wetenschappelijke ontdekking van het feit dat elektrische ladingen kunnen worden verzameld met behulp van speciale apparaten, later Leiden-banken genoemd en later ontwikkeld in apparaten genaamd elektrische condensatoren. Maar men kan stellen dat na 1745. met behulp van een Leyden-pot was het mogelijk om de hoge snelheid van de verspreiding van elektriciteit, het effect ervan op het menselijke en dierlijke organisme, de mogelijkheid om brandbare gassen met elektrische vonken te ontsteken, te achterhalen, enz. Duizenden onderzoekers proberen dit apparaat te gebruiken voor de behoeften van de nationale economie. Om de een of andere reden probeert niemand de Leidse bank zelf te bestuderen.

De eerste vraag aan de natuur op de oever zelf wordt gesteld door de grote Amerikaanse autodidact wetenschapper Benjamin Franklin. Bedenk dat de Leyden-pot op dat moment een gewone kurkfles water was, in de kurk waarvan een ijzeren staaf was geplaatst die dit water raakte. De fles zelf werd in handen gehouden of op een loden vel geplaatst. Dat was haar hele apparaat.

Franklin vroeg zich af om erachter te komen waar in dit eenvoudige apparaat glas metaal en water elektriciteit kan zich opbouwen. In een ijzeren staaf, water of de fles zelf? Nu, wanneer er verschillende meetinstrumenten zijn en de helft van de bevolking computers gebruikt, zal deze vraag velen verwarrend maken.Laten we eens kijken hoe dit probleem werd opgelost in 1748, toen de experimentator zelf het enige meetinstrument was dat door zichzelf pijnlijke elektrische schokken passeerde. Voor het grootste deel zullen we een beschrijving geven van de experimenten door de auteur van de experimenten zelf, om hun ingenieuze eenvoud te verifiëren.

“Om de geëlektrificeerde pot te onderzoeken om vast te stellen waar zijn kracht verborgen is, hebben we hem op het glas geplaatst en de kurk met de draad verwijderd. Toen namen we het blik in de ene hand en staken de andere vinger naar zijn nek, we verwijderden een sterke vonk uit het water met een even sterke slag, alsof de draad op zijn plaats bleef, en dit toonde aan dat de kracht niet in de draad is verborgen. " Hier noemt de auteur de leadterminal van het blik een draad.

“Daarna, om erachter te komen of de elektriciteit, zoals we dachten, niet in het water zat, hebben we de bank opnieuw geëlektrificeerd. Ze plaatsten het op het glas en haalden het eruit, zoals eerder, een draad met een stop; toen goten we al het water uit het blik in een lege fles, die ook op het glas stond. We geloofden dat als er elektriciteit in het water was, we een hit zouden krijgen als we deze fles aanraken. Er kwam geen klap. Van hieruit concludeerden we dat de elektriciteit tijdens de transfusie verloren was gegaan of in de bank was gebleven. ”

"Het bleek waar te zijn, zoals we hebben vastgesteld, het laatste, omdat bij het testen van dit blik een klap volgde, hoewel we gewoon water uit de ketel erin goten." Franklin had geen andere keuze dan toe te geven dat de last in de bank alleen in zijn glas kon liggen.

“Om erachter te komen, deze eigenschap is inherent aan het glas van de fles of de vorm ervan, we namen een glasplaat, legden het op onze handpalm, bedekten het met een loodplaat bovenop en elektriseerden de laatste. Ze brachten haar een vinger, resulterend in een vonk met een klap. " Op deze manier werd vastgesteld dat de vorm van het glas het resultaat niet beïnvloedt. Het resultaat van het oplossen van dit probleem was voor Franklin de uitvinding van een platte condensator, waarvan één plaat de palm van de experimentator was en de andere een vel lood. In de toekomst vervangt hij echter ook de palm van zijn hand door een loden vel.

Wie kan er twijfels hebben over de wetenschappelijke zuiverheid van het Yankee-experiment? Hij zou veilig kunnen beweren dat in een elektrische capaciteit "in een gecondenseerde vorm" de lading in GLAS zit. Indien nodig kan iedereen deze experimenten herhalen en de conclusies van Franklin verifiëren. Zeker, dergelijke experimenten werden uitgevoerd en de conclusies werden door veel wetenschappers bevestigd. Er werd zelfs een demonstratiemodel van de Leyden-pot gemaakt, met behulp waarvan ze studenten een vereenvoudigde versie van het experiment lieten zien, waarna ze met de verkeerde conclusie kwamen. Immers, als Franklin in plaats van water kwik in het experiment gebruikte, zou het resultaat precies het tegenovergestelde kunnen zijn.

De experimenten met de Leyden-pot waren zeer spectaculair en volledig in overeenstemming met de ideeën van verlicht absolutisme, dus werden ze modieus in de hogere samenleving en namen zelfs gekroonde personen eraan deel. En de abt J.A. Nollay nam zelfs de functie van officiële elektricien op zich onder koning Louis XV. Hij gaf het apparaat de naam namens de universiteitsstad Leiden in Nederland, waar dit apparaat waarschijnlijk is uitgevonden.

Tien jaar experimenten waren niet tevergeefs. Er werd precies vastgesteld dat de resultaten van de experimenten niet afhankelijk waren van de samenstelling van het water (een daarvan was geschikt). Bovendien kon in plaats van water een loodfractie in de pot worden gegoten of eenvoudig werd loodfolie erin versterkt. Dit werd niet weerspiegeld in de actie van het blik. Om de actie te versterken, leerden banken batterijen te verzamelen.

Het bleek dat banken met een groter volume (dus met een groter glasoppervlak) sterkere ontladingen gaven. Maar de afhankelijkheid van de impact op de dikte van het glas was omgekeerd. Dunnere glazen gaven een sterkere ontlading. Verrassend kwamen wetenschappers met behulp van de elektrische schok van de onderzoeker vrij nauwkeurig met de bekende formule voor de capaciteit van een platte condensator. Vervolgens noemen wetenschappers van de wetenschap deze meetmethode voor de grap een SOCKET-METER.(Van de Franse SCHOK - slaan, duwen).

Om elektrische fenomenen in de wetenschappelijke gemeenschap te verklaren, zijn verschillende theorieën naar voren gebracht die bij wetenschappers zijn toegepast. Onder hen was de unitaire elektriciteitstheorie, voorgesteld door Franklin zelf. Volgens deze theorie was elektriciteit een soort gewichtloze vloeistof die alle lichamen vulde. Als er meer of minder van deze vloeistof in de lichamen was, kreeg het lichaam een ​​lading. Met een teveel aan deze vloeistof had het lichaam een ​​positieve lading, met een tekort - negatief. Deze theorie zal later worden ontwikkeld in de elektronische geleidingstheorie.

Met behulp van deze theorie was het gemakkelijk om de fenomenen die zich in de condensator (Leiden bank) voordoen te verklaren. Tijdens het opladen stroomt een elektrische vloeistof van de ene condensatorplaat naar de andere. Het resultaat is een positieve lading op de ene plaat en een negatieve op een andere. Het glas tussen hen dient alleen als een isolator en niets anders. Het is gemakkelijk om een ​​dergelijke condensator te ontladen. Het is voldoende om deze platen te sluiten met een geleider of een menselijk lichaam. Maar de resultaten van Franklins ervaring lieten zien dat de lading in het glas zit! Hoe dit allemaal te begrijpen?

Sommige wetenschappers probeerden, om de juistheid van de unitaire theorie te bevestigen, glas uit ervaring te verwijderen. Ze laadden twee metalen staven die in de buurt hingen. Er is geen twijfel dat ze een condensator waren, maar zonder glas. Helaas heeft een dergelijke experimentatorcondensator de stroom niet geraakt en bleef de vraag onopgelost.

In 1757 werd het werk van de Russische academicus Franz Epinus "Ervaring in de theorie van elektriciteit en magnetisme" gepubliceerd in St. Petersburg, waarin de ervaring wordt beschreven die dit probleem heeft opgelost. Hij nam als basis het idee dat de elektrificatie van de staven correct was, maar de schok van de experimentator werd niet geraakt vanwege de kleine capaciteit van een dergelijke condensator. En u kunt de capaciteit vergroten door de condensatorplaten te vergroten en de afstand daartussen te verkleinen. Vanwege het feit dat de experimentator een nieuw type elektrische capaciteit uitvindt voor dit experiment - een condensator met een luchtdiëlektricum, geven we de tekst van F. Epinus zelf.

"Dus, om een ​​groot oppervlak te krijgen, zorgde ik voor het maken van houten platen, waarvan het oppervlak ongeveer acht vierkante voet was, ik hing ze over elkaar heen op een afstand van anderhalve inch van elkaar in een positie evenwijdig aan elkaar." Hij laadde zo'n condensator en ontlaadde zichzelf.

“Ik kreeg meteen een sterke schok, volledig vergelijkbaar met die van de Leidse bank. Bovendien kon dit apparaat alle andere fenomenen reproduceren die in de bank worden verkregen; het is niet nodig om ze over het hoofd te zien. ' Merk op dat acht vierkante voet iets minder dan een vierkante meter is.

De laatste opmerking over "alle andere fenomenen" is zeer belangrijk. Het benadrukt dat de elektriciteit van een dergelijke condensator PRECIES HETZELFDE is als van de Leyden-pot. Maar er was geen glas, en aannemen dat de ladingen in de omringende lucht zijn, was niet productief. Later, in 1838, zullen dergelijke stoffen "door of waardoor elektrische krachten werken" M. Faraday DIELECTRICS noemen. Epinus maakt een opmerking in het boek: "Ik realiseerde me dat er iets met Franklin gebeurde dat iedereen kon overkomen", verwijzend naar het Latijnse spreekwoord - Errare humanum est - het is de menselijke natuur om fouten te maken.

F. Epinus stuurde zijn compositie speciaal voor Franklin naar Amerika, maar hij stopte bijna met het doen van onderzoek naar elektriciteit, met uitzondering van het praktische gebruik van de door hem uitgevonden bliksemafleider. Hij werd een politicus. En Catherine II werd geëxcommuniceerd van academische activiteit in Rusland en F. Epinus. Ze benoemde hem tot natuurkundeleraar voor haar zoon Paul, die later keizer werd. Maar hij werd uitgenodigd in St. Petersburg om G.V. Richman te vervangen, die stierf tijdens onderzoek naar atmosferische elektriciteit.Het gebeurde zo dat de kwestie van experimenten met een Leyden-bank lange tijd onopgelost bleef.

En voor mij ligt een leerboek over elektriciteit in 1918. editie. Dit is een vertaling van het boek van de Franse auteur Georges Claude met de lange titel 'Elektriciteit voor iedereen, duidelijk vermeld'. Het beschrijft de ervaring met de Leyden-pot, zoals in Franklin, maar helemaal zonder water. Zie foto.

Links staat de Leyden-potmontage. De letters A, B en C geven de componenten aan. A en B zijn de binnen- en buitenkant van het blik. C is een glazen beker die als isolator dient. Een dergelijk bliksamenstel wordt geladen tijdens een demonstratie-experiment, vervolgens wordt een geladen blik gedemonteerd door een demonstrant in rubberen handschoenen. Om het feit te bewijzen dat de voeringen van het blik geen lading hebben, staan ​​ze met elkaar in contact. Zorg ervoor dat er geen vonk is. Vervolgens wordt de pot verzameld. Verrassend, het is opnieuw opgeladen en geeft een krachtige vonk. Deze ervaring bracht velen in de war. En de wetenschap lijdt niet onder dubbelzinnigheden. Een verklaring voor de situatie werd echter pas in 1922 gegeven.

In dat jaar werd in het London Journal of Philosophy een artikel gepubliceerd door natuurkundige J. Addenbrook, "Study of Franklin's experiments with a Leyden jar", waar de auteur verbluffende resultaten bedacht die alle i bezaaiden. Het blijkt dat glas onder normale omstandigheden altijd bedekt is met een waterfilm, dit observeren we door de ramen te beslaan. Overigens wordt deze film niet altijd visueel waargenomen. En daar blijven de ladingen op de gedemonteerde condensator en spelen de rol van platen in een op zichzelf staand glas. Wanneer Addenbrook een glas gebruikt, niet van glas, maar van paraffine, waarop zich geen glasfilm vormt, is het resultaat het tegenovergestelde van dat van Franklin. In een droge atmosfeer wordt het "Franklin-effect" op een opvouwbare Leidse bank ook niet waargenomen.