Leideno patirties eksperimentiniai susidūrimai

1913 metais Peterburgo universitetas priėmė naują darbuotoją - fiziką A. F. Ioffe. Pagal technologo inžinieriaus specialybę, mėgstantį mokslinį darbą, prieš tai keletą metų dirbo Miuncheno universitete vadovaujant geriausiam Europos eksperimentiniam fizikui V.K.Rentgenui. Ten apgynė daktaro disertaciją.

Dabar jo fizikas buvo O. D. Hvolsonas. Pokalbyje apie būsimus tyrimus šis vadovas pasiūlė jam „tęsti nuostabią Rusijos mokslininkų tradiciją“ atkurti geriausius mokslinius užsienio darbus. Aišku, kad rentgeno studijos studentas, pats pirmasis Nobelio premijos laureatas fizikoje, net girdėti apie tai buvo keistas. Jis dar kartą paklausė: "Ar ne geriau kelti naujų neišspręstų klausimų?" Į ką Hvolsonas atsakė: „Bet ar fizikoje galima išrasti ką nors naujo? Norėdami tai padaryti, turite būti GJ Thomsonas. “

Iš tiesų, elektronų atradėjas J. Thomsonas buvo pagrindinis fizikas. Bet tada paaiškėjo, kad A. F. Ioffe taip pat žinojo, kaip užduoti klausimus moksle, ir viso pasaulio puslaidininkių technologija iš esmės prasidėjo nuo to. Be to, jis buvo Rusijos mokslo mokyklos, kurios mokiniai didžiuotųsi bet kuria pasaulio šalimi, įskaitant I. V. Kurchatovą ir Nobelio premijos laureatus N. N. Semenovą, P. L. Kapitsa, organizatorius.

Gebėjimas užduoti gamtos klausimus ir gauti atsakymus eksperimentuojant laikomas svarbiausiu dalyku mokslo gyvenime. O skaičiai, kurie žino, kaip tai padaryti, yra tik žymūs mokslininkai. Tačiau ji taip pat klydo ir O. D. Hvolson. Šiuolaikinės fizikos pagrindą sudaro pionierių darbo išvados, kurios yra reguliariai tikrinamos, dar kartą tikrinamos, tobulinamos. Jei išvados nepatvirtinamos, žlunga ištisi mokslų skyriai ir kruopščiai statomos naujos sienos, šio mokslo šakos, vedančios į naujus atradimus, į naujas konstrukcijas. Toks procesas trunka šimtmečius ir tam nėra pabaigos.

Čia pasakojame mokslininko, susidomėjusio perspektyviu moksliniu klausimu apie fizikinį reiškinį ir kuris bandė jį išspręsti turėdamas paprastą ir įtikinamą patirtį, eksperimento istoriją, kuris vedė į situaciją, vadinamą susidūrimu. Tai yra atvejis, kai gauti rezultatai prieštarauja vienas kitam.

Niekas negali įvardyti tikslios datos, kada buvo atrastas faktas, kad elektros krūviai gali būti kaupiami naudojant specialius prietaisus, vėliau pavadintus Leideno bankais ir vėliau sukurtus įrenginiuose, vadinamuose elektriniai kondensatoriai. Bet galima teigti, kad po 1745 m. padedant Leydeno stiklainiui, buvo galima išsiaiškinti didelį elektros plitimo greitį, jo poveikį žmogaus ir gyvūno organizmui, galimybę degias dujas uždegti elektrinėmis kibirkštimis ir kt. Tūkstančiai tyrėjų bando naudoti šį prietaisą šalies ekonomikos reikmėms. Tačiau dėl tam tikrų priežasčių niekas nebando studijuoti paties Leideno banko.

Pirmąjį klausimą gamtai pačiame krante užduoda puikus amerikiečių savamokslis mokslininkas Benjaminas Franklinas. Prisiminkite, kad Leydeno indas tuo metu buvo paprastas kamštinis vandens butelis, į kurio kamštį buvo įdėta geležinė lazdelė, kuri liečiasi su šiuo vandeniu. Pats butelis buvo arba laikomas rankose, arba dedamas ant švino lakšto. Tai buvo visas jos prietaisas.

Franklinas susimąstė apie tai sužinojęs kur šiame paprastame įrenginyje stiklo metalas ir vanduo gali kauptis elektra. Į geležinę lazdelę, vandenį ar patį butelį? Dabar, kai yra įvairių matavimo prietaisų ir pusė gyventojų naudojasi kompiuteriais, šis klausimas suglumins daugelį.Pažiūrėkime, kaip ši problema buvo išspręsta 1748 m., Kai pats eksperimentatorius buvo vienintelis matavimo prietaisas, praeinantis pro save skausmingais elektros smūgiais. Didžiojoje dalyje pateiksime paties eksperimento autoriaus eksperimentų aprašymus, kad patikrintume jų išradingumą.

Ketindami ištirti elektrifikuotą stiklainį, kad sužinotume, kur paslėpta jo galia, mes padėjome jį ant stiklo ir ištraukėme kamštį su viela. Tuomet, paėmę skardinę vienoje rankoje ir pakėlę kitą pirštą prie jos kaklo, tokiu pat stipriu smūgiu iš vandens pašalinome stiprią kibirkštį, tarsi viela liktų savo vietoje, ir tai parodė, kad jėga vieloje nėra paslėpta “. Čia autorius vadina skardinės pagrindinį gnybtą viela.

„Po to, norėdami sužinoti, ar elektra, kaip mes manėme, nebuvo vandenyje, mes vėl elektrifikavome banką. Padėję ant stiklo, jie, kaip ir anksčiau, išėmė iš jos vielą su kamščiu; tada mes išpylėme visą vandenį iš skardinės į tuščią butelį, kuris taip pat stovėjo ant stiklo. Mes tikėjome, kad jei elektra bus vandenyje, tada, kai paliesime šį butelį, sulauksime smūgio. Nei vienas smūgis neatėjo. Iš čia padarėme išvadą, kad perpilant elektra dingo arba liko banke. “

„Kaip pasirodė, pastarasis pasirodė tiesa, nes išbandžius šią skardinę sekė smūgis, nors iš virdulio į jį pilame paprastą vandenį.“ Franklinas neturėjo kito pasirinkimo, kaip pripažinti, kad mokestis banke galėjo būti tik jo stiklinėje.

„Norėdami sužinoti, kad ši savybė būdinga butelio stiklui ar jo formai, mes paėmėme stiklo lakštą, uždėjome jį ant delno, uždengėme švino plokštele viršuje ir pastarąjį elektrifikavome. Jie atnešė jai pirštą, dėl kurio atsirado kibirkštis ir smūgis “. Tokiu būdu buvo nustatyta, kad stiklo forma neturi įtakos rezultatui. Išsprendus šią problemą, Franklinui buvo išrastas plokščias kondensatorius, kurio viena plokštė buvo eksperimentatoriaus delnas, o kita - švino lakštas. Tačiau ateityje jis taip pat pakeis delną švino lakštu.

Kas galėjo abejoti moksliniu jankų eksperimento grynumu? Jis galėtų drąsiai teigti, kad esant „kondensuotai“ elektrinei talpai krūvis yra stiklinėje. Prireikus bet kas galėtų pakartoti šiuos eksperimentus ir patikrinti Franklino išvadas. Be abejo, tokie eksperimentai buvo atlikti ir išvadas patvirtino daugelis mokslininkų. Net buvo sukurtas Leydeno stiklainio demonstravimo modelis, kurio pagalba jie studentams parodė supaprastintą eksperimento versiją, kuri vėliau pasirodė esanti neteisinga išvada. Galų gale, jei vietoje vandens Franklinas eksperimente naudojo gyvsidabrį, rezultatas gali būti visiškai priešingas.

Eksperimentai su Leydeno stiklainiu buvo labai įspūdingi ir visiškai atitiko nušvitusio absoliutizmo idėjas, todėl jie tapo madingi aukštojoje visuomenėje ir juose dalyvavo net karūnuoti asmenys. O abatas J. A. Nollay netgi užėmė oficialų elektriko postą valdant karaliui Liudvikui XV. Įrenginio pavadinimą jis davė universiteto miesto Leideno mieste Olandijoje, kur šis prietaisas greičiausiai buvo išrastas, vardu.

Dešimt metų eksperimentų nebuvo veltui. Buvo tiksliai nustatyta, kad eksperimentų rezultatai nepriklausė nuo vandens sudėties (bet kuris buvo tinkamas). Be to, vietoj vandens į stiklainį buvo galima pilti švino frakciją arba tiesiog sustiprinti švino foliją jo viduje. Tai neatsispindėjo skardinės veiksme. Norėdami sustiprinti veiksmą, bankai išmoko rinkti baterijas.

Buvo nustatyta, kad didesnio tūrio bankai (taigi, su didesniu stiklo paviršiumi) išleido stipresnį kiekį. Bet smūgio priklausomybė nuo stiklo storio buvo atvirkštinė. Plonesni akiniai suteikė stipresnį išsiskyrimą. Stebina, kad pasitelkę tyrėjo elektros šoką mokslininkai gana tiksliai sugalvojo gerai žinomą plokščiojo kondensatoriaus talpos formulę. Vėliau mokslo istorikai juokaudami šį matavimo metodą vadina lizdo matuokliu.(Iš prancūzų SHOCK - paspauskite, stumkite).

Norint paaiškinti elektrinius reiškinius mokslo bendruomenėje, buvo pateiktos kelios teorijos, kurias mokslininkai rado. Tarp jų buvo ir paties Franklino pasiūlyta vieninga elektros energijos teorija. Pagal šią teoriją elektra buvo savotiškas nesvarus skystis, kuris užpildė visus kūnus. Jei kūnuose buvo daugiau ar mažiau šio skysčio, tada kūnas įgavo krūvį. Kai šio skysčio perteklius, kūnas turėjo teigiamą krūvį, o trūkumas - neigiamą. Ši teorija vėliau bus plėtojama elektroninėje laidumo teorijoje.

Pasinaudojus šia teorija, buvo lengva paaiškinti kondensatoriuje (Leideno banke) vykstančius reiškinius. Įkraunant elektrinis skystis teka iš vienos kondensatoriaus plokštės į kitą. Rezultatas yra teigiamas krūvis vienoje plokštelėje, o neigiamas kitoje. Stiklas tarp jų tarnauja tik kaip izoliatorius ir nieko daugiau. Tokį kondensatorių lengva iškrauti. Pakanka uždaryti šias plokštes laidininku ar žmogaus kūnu. Tačiau Franklino patirties rezultatai parodė, kad krūvis yra stiklinėje! Kaip visa tai suprasti?

Kai kurie mokslininkai, norėdami patvirtinti vieningos teorijos teisingumą, bandė pašalinti patirtį iš stiklo. Jie pakrovė du metalinius strypus, kurie kabėjo netoliese. Neabejojama, kad jie buvo kondensatorius, bet be stiklo. Deja, toks eksperimentuotojo kondensatorius nepataikė į srovę ir klausimas liko neišspręstas.

1757 m. Sankt Peterburge buvo išleistas rusų akademiko Franzo Epinus darbas „Elektros ir magnetizmo teorijos patirtis“, kuriame aprašoma patirtis, išsprendusi šią problemą. Jis rėmėsi mintimi, kad strypų elektrifikacija buvo teisinga, tačiau eksperimentatoriaus smūgis nepataikė dėl mažos tokio kondensatoriaus talpos. Ir jūs galite padidinti jo talpą padidindami kondensatoriaus plokšteles ir sumažindami atstumą tarp jų. Dėl to, kad eksperimentatorius sugalvoja šio eksperimento naujo tipo elektrinę talpą - kondensatorių su oro dielektriku, pateikiame paties F. Epinuso tekstą.

"Taigi, norėdamas gauti didelį paviršių, pasirūpinau, kad būtų pagamintos medinės plokštės, kurių paviršiaus plotas buvo maždaug aštuonios kvadratinės pėdos, jas pakabinau, perdengdamas metalo lakštus pusantro colio atstumu vienas nuo kito padėtyje, lygiagrečioje viena kitai." Jis įkrovė tokį kondensatorių ir iškrovė pats.

„Aš iš karto sulaukiau stipraus šoko, visiškai panašaus į tą, kurį sukėlė Leideno bankas. Be to, šis prietaisas sugebėjo atkurti visus kitus reiškinius, kurie gaunami banke; nereikia jų nepastebėti “. Atminkite, kad aštuonios kvadratinės pėdos yra šiek tiek mažesnės nei kvadratinis metras.

Paskutinė pastaba apie „visus kitus reiškinius“ yra labai reikšminga. Tai pabrėžia, kad elektra iš tokio kondensatoriaus yra tokia pati, kaip ir iš Leydeno stiklainio. Bet stiklo nebuvo, ir manyti, kad krūviai yra supančiame ore, nebuvo produktyvu. Vėliau, 1838 m., Tokios medžiagos, „kurios veikia arba per kurias veikia elektros jėgos“, M. Faradėjus vadinsis DIELEKTRIKA. Epinusas knygoje daro pastabą: „Supratau, kad Franklinui atsitiko kažkas, kas gali nutikti kiekvienam žmogui“, užsimenama apie lotynišką patarlę - Errare humanum est - klysti yra žmogaus prigimtis.

F. Epinus išsiuntė savo kompoziciją į Ameriką specialiai Franklinui, tačiau jis beveik nutraukė elektros energijos tyrimus, neįtraukdamas praktikos į jo sugalvotą žaibolaidį. Jis tapo politiku. Jekaterina II buvo pašalinta iš akademinės veiklos Rusijoje ir F. Epinus. Ji paskyrė jį fizikos mokytoju sūnui Pauliui, kuris vėliau tapo imperatoriumi. Bet jis buvo pakviestas į Sankt Peterburgą pakeisti G.V. Richmaną, kuris mirė tyrinėdamas atmosferos elektrą.Taip atsitiko, kad eksperimentų su Leyden banko klausimas ilgą laiką liko neišspręstas.

Ir priešais mane yra vadovėlis apie elektrą 1918 m. leidiniai. Tai prancūzų autoriaus Georges Claude'o knygos su ilgu pavadinimu „Elektra visiems ir kiekvienam aiškiai pasakyta“ vertimas. Jame aprašyta patirtis, susijusi su Leydeno stiklainiu, kaip ir Frankline, tačiau jau trūkstant vandens. Žiūrėti paveikslėlį.

Kairėje yra Leydeno stiklainių agregatas. Raidės A, B ir C žymi jo komponentus. A ir B yra skardinės vidus ir išorė. C yra stiklinė stiklinė, naudojama kaip izoliatorius. Toks skardinės rinkinys įkraunamas demonstracinio eksperimento metu, tada demonstrantas išardytą skardinę demontuoja guminėse pirštinėse. Norėdami įrodyti, kad skardinių įdėklai neturi įkrovos, jie liečiasi vienas su kitu. Įsitikinkite, kad nėra kibirkšties. Tada indas surenkamas. Keista, bet vėl įkraunama ir suteikia stiprų kibirkštį. Ši patirtis pribloškė daugelį. Ir mokslas nepatiria dviprasmybių. Tačiau situacijos paaiškinimas buvo pateiktas tik 1922 m.

Tais metais „London Journal of Philosophy“ paskelbė fiziko J. Addenbrooko straipsnis „Franklino eksperimentų su Leydeno stiklainiu tyrimas“, kuriame autorius pateikė nuostabius rezultatus, nurodančius visus i. Pasirodo, normaliomis sąlygomis stiklas visada yra padengtas vandens plėvele, mes tai stebime rūkydami langus. Beje, šis filmas ne visada stebimas vizualiai. Ir ten išmontuoto kondensatoriaus krūviai išlieka ir vaidina plokštelių vaidmenį atskirame stiklinėje. Kai „Addenbrook“ naudoja stiklinę ne iš stiklo, bet iš parafino, ant kurio nedaroma stiklo plėvelė, rezultatas yra priešingas Franklino stiklui. Esant sausai atmosferai, „Franklino efektas“ ant sutraukiamo Leideno kranto taip pat nepastebimas.