Experimentella kollisioner av Leiden-upplevelsen

1913 Petersburg University fick en ny anställd - fysiker A.F. Ioffe. Under specialitet av en teknologingenjör, som hade en förkärlek för vetenskapligt arbete, hade han tidigare arbetat vid Münchens universitet i flera år under ledning av den bästa europeiska experimentfysikern V.K.Rentgen. Där försvarade han sin doktorsavhandling.

Nu var hans fysiker O. D. Hvolson. I en konversation om kommande forskning föreslog denna ledare att han "fortsätter den ryska forskarnas underbara tradition" för att återge det bästa vetenskapliga utländska arbetet. Det är tydligt att röntgenstudenten, den allra första nobelpristagaren i fysik, till och med att höra om det var konstigt. Han frågade igen: "Är det inte bättre att ta upp nya olösta frågor?" Till vilken Hvolson svarade: ”Men kan något nytt uppfinnas i fysiken? För att göra detta måste du vara GJ Thomson. ”

Ja, J. Thomson, elektronens upptäcker, var en stor fysiker. Men sedan visade det sig att A.F. Ioffe också visste hur man ställer frågor inom vetenskapen och att hela världen halvledarteknologi i princip började med det. Dessutom var han arrangör av en rysk vetenskaplig skola, vars elever skulle vara stolta över alla länder i världen, inklusive I.V. Kurchatov och Nobelpristagare N.N. Semenov, P.L. Kapitsa.

Förmågan att ställa naturfrågor och få svar genom experiment anses vara det viktigaste i vetenskapens liv. Och siffrorna som vet hur man gör detta är bara enastående forskare. Men hon hade också fel och O. D. Hvolson. Grunden för modern fysik består av resultaten från pionjärernas arbete, som regelbundet kontrolleras, kontrolleras, förfinas. Om slutsatserna inte bekräftas, kollapsar hela sektioner av vetenskapen, och sedan försiktigt upprätta nya murar, grenar av denna vetenskap, som leder till nya upptäckter, till nya konstruktioner. En sådan process varar i århundraden och det finns inget slut på detta.

Här berättar vi historien om ett experiment av en forskare som var intresserad av en lovande vetenskaplig fråga om ett fysiskt fenomen och som försökte lösa det med en enkel och övertygande upplevelse, men som ledde till en situation som kallas en kollision. Detta är fallet när de erhållna resultaten motsäger varandra.

Ingen kan ange det exakta datumet för den vetenskapliga upptäckten av det faktum att elektriska laddningar kan ackumuleras med specialanordningar, senare kallade Leiden banker och senare utvecklats i apparater som kallas elektriska kondensatorer. Men det kan hävdas att efter 1745. med hjälp av en Leyden-burk var det möjligt att ta reda på den höga hastigheten för spridning av elektricitet, dess effekt på människans och djurorganismen, möjligheten att antända brännbara gaser med elektriska gnistor, etc. Tusentals forskare försöker använda den här enheten för den nationella ekonomins behov. Men av någon anledning försöker ingen studera själva Leiden-banken.

Den första frågan till naturen på själva banken ställs av den stora amerikanska självlärda forskaren Benjamin Franklin. Kom ihåg att Leyden-burken vid den tiden var en vanlig korkad flaska vatten, i korken som en järnstång sattes i som rörde detta vatten. Själva flaskan hölls antingen i händerna eller placerades på ett blyark. Det var hennes enhet.

Franklin undrade att ta reda på det var i denna enkla enhet glasmetall och vatten el kan byggas upp. I en järnstav, vatten eller flaskan själv? När det finns olika mätinstrument och hälften av befolkningen använder datorer kommer denna fråga att förvirra många.Låt oss se hur detta problem löstes 1748, då experimenteraren själv var den enda mätenheten, som passerade genom sig själv smärtsamma elektriska stötar. För det mesta kommer vi att ge en beskrivning av experimenten av författaren till experimenten själv för att verifiera deras geniala enkelhet.

”För att undersöka den elektrifierade burken för att fastställa var dess kraft är dold, placerade vi den på glaset och tog bort korken med tråden. Sedan tog vi burken i ena handen och lyftte den andra fingret till halsen och tog bort en stark gnista från vattnet med ett lika starkt slag, som om tråden förblev på sin plats, och detta visade att kraften inte är dold i tråden. " Här ringer författaren ledningsterminalen för burken en tråd.

”Efter det, för att ta reda på om elen, som vi trodde, inte var i vattnet, elektrifierade vi igen banken. De satte det på glaset och tog ut det, som tidigare, en tråd med en propp; sedan hällde vi allt vatten från burk i en tom flaska, som också stod på glaset. Vi trodde att om elektricitet var i vattnet, så kommer vi att träffa när vi rör vid den här flaskan. Inget slag kom. Härifrån drog vi slutsatsen att elen antingen förlorades under transfusionen eller förblev i banken. ”

"Det visade sig vara sant, som vi fastställde, det senare, för när vi testade denna burk följde ett slag, även om vi hällde vanligt vatten från vattenkokaren i den." Franklin hade inget annat val än att erkänna att avgiften i banken bara kunde vara i sitt glas.

”För att ta reda på det då, den här egenskapen är inneboende i glaset i flaskan eller dess form, tog vi ett glas glas, lade det på vår handflata, täckte det med en blyplatta på toppen och elektrifierade den senare. De förde ett finger till henne, vilket resulterade i en gnista med ett slag. " På detta sätt bestämdes det att glasets form inte påverkar resultatet. Resultatet av att lösa detta problem var för Franklin uppfinningen av en platt kondensator, av vilken en platta var försökets handflata, och den andra ett ark av bly. Men i framtiden ersätter han också handflatan med ett blyark.

Vem kan ha tvivel om Yankee-experimentets vetenskapliga renhet? Han kan säkert säga att laddningen i en elektrisk kapacitet "i kondenserad form" är i GLAS. Om det behövs kan vem som helst upprepa dessa experiment och verifiera Franklins slutsatser. Visst har sådana experiment genomförts och slutsatserna bekräftades av många forskare. En demonstrationsmodell av Leyden-burken skapades till och med med hjälp av vilka de visade studenterna en förenklad version av experimentet, sedan slutade de med fel slutsats. När allt kommer omkring, om Franklin i stället för vatten använde kvicksilver i experimentet, kan resultatet bli exakt motsatsen.

Experimenten med Leyden-burken var mycket spektakulära och helt i överensstämmelse med idéerna om upplyst absolutism, så de blev moderna i det höga samhället och till och med krönade personer deltog i dem. Och abboten J.A. Nollay tillträdde till och med tjänsten som officiell elektriker under kung Louis XV. Han gav namnet till enheten på uppdrag av universitetsstaden Leiden i Holland, där denna enhet troligen uppfanns.

Tio års experiment var inte förgäves. Det konstaterades exakt att resultaten från experimenten inte berodde på vattnets sammansättning (någon var lämplig). I stället för vatten kunde en blyfraktion hällas i burken, eller helt enkelt förstärktes blyfolien inuti den. Detta återspeglades inte i burkens handling. För att stärka åtgärden har bankerna lärt sig att samla in batterier.

Det konstaterades att banker med en större volym (därför med en större glasyta) gav starkare urladdningar. Men beroendet av påverkan på tjockleken på glaset var omvänd. Tunnare glasögon gav en starkare urladdning. Överraskande, med hjälp av forskarens elektriska chock, kom forskare ganska exakt med den välkända formeln för kapacitansen för en platt kondensator. Därefter kallar vetenskapshistoriker den här mätmetoden skämt för en SOCKET METER.(Från det franska SHOCK - hit, push).

För att förklara elektriska fenomen i det vetenskapliga samfundet har flera teorier framförts som har funnits tillämpning bland forskare. Bland dem var den enhetliga teorin om el som Franklin själv föreslog. Enligt denna teori var elektricitet en slags viktlös vätska som fyllde alla kroppar. Om det fanns mer eller mindre av denna vätska i kropparna, fick kroppen en laddning. Med ett överskott av denna vätska hade kroppen en positiv laddning, med en brist - negativ. Denna teori kommer senare att utvecklas i den elektroniska ledningsteorin.

Med hjälp av denna teori var det lätt att förklara de fenomen som inträffade i kondensatorn (Leiden bank). Vid laddning flyter en elektrisk vätska från en kondensatorplatta till en annan. Resultatet är en positiv laddning på en platta och en negativ på en annan. Glaset mellan dem tjänar bara som en isolator och inget annat. Det är lätt att ladda ur en sådan kondensator. Det räcker att stänga dessa plattor med en ledare eller en mänsklig kropp. Men resultaten av Franklins erfarenhet visade att laddningen är i glaset! Hur förstår man allt detta?

Vissa forskare försökte ta bort glas från erfarenheten för att bekräfta riktigheten i enhetsteorin. De laddade två metallstänger som hängde i närheten. Det råder ingen tvekan om att de var en kondensator, men utan glas. Tyvärr träffade en sådan experimentkondensator inte strömmen och frågan förblev olöst.

1757 publicerades den ryska akademiker Franz Epinus ”Erfarenhet i teorin om elektricitet och magnetism” i St Petersburg, som beskriver erfarenheterna som löste problemet. Han tog sin idé att elektrifieringen av stängerna var korrekt, men experimenterarens chock drabbades inte på grund av den lilla kapaciteten hos en sådan kondensator. Och du kan öka dess kapacitet genom att öka kondensatorplattorna och minska avståndet mellan dem. På grund av det faktum att experimenteraren uppfinner en ny typ av elektrisk kapacitans för detta experiment - en kondensator med en luft dielektrik, ger vi texten till F. Epinus själv.

"För att få en stor yta så tog jag hand om att skapa träplattor, vars yta var ungefär åtta kvadratmeter, jag hängde upp dem och överlagrade metallplåtar på ett och ett halvt tum avstånd från varandra i ett läge parallellt med varandra." Han laddade en sådan kondensator och laddades ur sig själv ..

”Jag fick omedelbart en stark chock, helt lik den som orsakades av Leiden-banken. Dessutom kunde denna enhet reproducera alla andra fenomen som erhålls i banken; det finns inget behov av att förbise dem. ” Observera att åtta kvadratmeter är lite mindre än en kvadratmeter.

Den sista kommentaren om ”alla andra fenomen” är mycket betydelsefull. Det betonar att elen från en sådan kondensator är exakt samma som från Leyden-burken. Men det fanns inget glas, och att anta att laddningarna är i den omgivande luften var oproduktiv. Senare, 1838, kommer sådana ämnen "genom eller genom vilka elektriska krafter verkar" M. Faraday kommer att kalla DIELECTRICS. Epinus kommenterar i boken: ”Jag insåg att något hände med Franklin som kunde hända med varje person”, vilket hänvisar till det latinska ordspråket - Errare humanum est - det är människans natur att göra misstag.

F. Epinus skickade sin komposition till Amerika specifikt för Franklin, men han slutade nästan att undersöka elektricitet, med undantag för den praktiska användningen av blixtstången som uppfanns av honom. Han blev politiker. Och Catherine II utelämnades från akademisk verksamhet i Ryssland och F. Epinus. Hon utsåg honom till fysiklärare för sin son Paul, som senare blev kejsare. Men han blev inbjuden till St. Petersburg för att ersätta G. V. Richman, som dog under forskning om atmosfärisk elektricitet.Det hände så att frågan om experiment med en Leyden-bank förblev olöst under lång tid.

Och framför mig står en lärobok om el 1918. edition. Detta är en översättning av boken av den franska författaren Georges Claude med den långa titeln "Elektricitet för alla, tydligt angiven." Den beskriver upplevelsen med Leyden-burken, som i Franklin, men redan i frånvaro av vatten alls. Se bild.

Till vänster är Leyden-burksenheten. Bokstäverna A, B och C anger dess komponenter. A och B är insidan och utsidan av burken. C är ett glasbägare som fungerar som en isolator. En sådan burkmontering laddas under ett demonstrationsexperiment, sedan demonteras en laddad burk av en demonstrant i gummihandskar. För att bevisa det faktum att burkfodringarna inte har en laddning är de i kontakt med varandra. Se till att det inte finns någon gnista. Sedan samlas upp burken. Överraskande nog laddas det igen och ger en kraftfull gnista. Denna upplevelse förbryllade många. Och vetenskapen lider inte av oklarheter. Emellertid gavs en förklaring av situationen först 1922.

Det året, i London Journal of Philosophy, publicerades en artikel av fysikern J. Addenbrook, "Study of Franklin's experiment with a Leyden jar", där författaren kom med fantastiska resultat som prickade allt jag. Det visar sig att under normala förhållanden alltid glas täcks med en vattenfilm, observerar vi detta genom att dimma fönstren. Förresten, den här filmen observeras inte alltid visuellt. Här finns det laddningar kvar på den demonterade kondensatorn och spelar plattans roll i ett fristående glas. När Addenbrook använder ett glas inte av glas utan av paraffin, på vilket en glasfilm inte bildas, är resultatet det motsatta av Franklins. I en torr atmosfär observeras inte heller "Franklin-effekten" på en hopfällbar Leiden-bank.