Col·lisions experimentals de l'experiència Leiden

El 1913 La Universitat de Petersburg va rebre un nou empleat: el físic A.F. Ioffe. Sota l’especialitat d’un enginyer tecnòleg, amb feines per al treball científic, abans havia treballat a la Universitat de Munic durant diversos anys sota l’orientació del millor físic experimental europeu V.K.Rentgen. Allà va defensar la seva tesi doctoral.

Ara el seu físic era O.D. Hvolson. En una conversa sobre les properes investigacions, aquest líder va suggerir que "continués la meravellosa tradició dels científics russos" per reproduir els millors treballs científics estrangers. És clar que l'estudiant de radiografies, el primer premi Nobel de física, fins i tot escoltar-ho era estrany. Va tornar a preguntar: "No és millor plantejar nous problemes no resolts?" A la qual Hvolson va respondre: “Però es pot inventar alguna cosa nova en física? Per fer-ho, heu de ser GJ Thomson. "

De fet, J. Thomson, el descobridor de l'electró, era un físic important. Però aleshores va resultar que A.F. Ioffe també va ser capaç de fer preguntes en ciència i que la tecnologia mundial de semiconductors va començar essencialment. A més, va ser l’organitzador d’una escola científica russa, els estudiants dels quals estarien orgullosos de qualsevol país del món, inclosos I. V. Kurchatov i premiats Nobel N. N. Semenov, P. L. Kapitsa.

La capacitat de fer preguntes sobre la naturalesa i rebre respostes mitjançant experiment es considera la cosa més important de la vida de la ciència. I les xifres que saben fer-ho són només científics destacats. Però també es va equivocar i O.D. Hvolson. El fonament de la física moderna consisteix en les conclusions del treball dels pioners, que es revisen regularment, es revisen i es perfeccionen. Si no es confirmen les conclusions, seccions completes de les ciències s’esfondren, i després s’erigeixen amb molta cura noves parets, branques d’aquesta ciència, que condueixen a nous descobriments, a noves construccions. Aquest procés té una durada de segles i no hi ha final.

Aquí expliquem la història d’un experiment d’un científic que es va interessar per una pregunta científica prometedora sobre un fenomen físic i que va intentar solucionar-ho amb una experiència senzilla i convincent, però que va donar lloc a una situació anomenada col·lisió. Aquest és el cas quan els resultats obtinguts es contradiuen entre ells.

Ningú no pot anomenar la data exacta del descobriment científic del fet que es poden acumular càrregues elèctriques mitjançant dispositius especials, més tard anomenats bancs Leiden i més tard desenvolupats en dispositius anomenats condensadors elèctrics. Però es pot argumentar que després de 1745. amb l’ajuda del flascó Leyden es va poder esbrinar l’alta velocitat de la propagació de l’electricitat, el seu efecte sobre l’organisme humà i animal, la possibilitat d’encendre gasos combustibles per espurnes elèctriques, etc. Milers d’investigadors estan intentant utilitzar aquest dispositiu per a les necessitats de l’economia nacional. Tot i així, per alguna raó ningú no intenta estudiar el propi banc de Leiden.

El primer científic autodidacta nord-americà Benjamin Franklin ens ho fa la primera pregunta a la natura. Recordem que la gerra de Leyden era aleshores una ampolla d’aigua corcassa corrent, al suro de la qual s’inseria una vareta de ferro que tocava aquesta aigua. El flascó o bé es mantenia a les mans o es col·locava en un full de plom. Aquest era tot el seu dispositiu.

Franklin es va preguntar per esbrinar-ho on en aquest senzill dispositiu vidre metall i aigua l'electricitat es pot acumular. En una barra de ferro, l’aigua o l’ampolla? Ara, quan hi ha diversos instruments de mesura i la meitat de la població utilitza ordinadors, aquesta qüestió perplexarà a molts.Vegem com es va solucionar aquest problema el 1748, quan el propi experimentador era l’únic dispositiu de mesura, passant per si mateixos dolorosos xocs elèctrics. En la seva majoria, proporcionarem una descripció dels experiments del mateix autor dels experiments per tal de verificar-ne l’enginyosa simplicitat.

"Amb la intenció d'examinar el flascó electrificat per determinar on s'amaga la seva potència, el vam col·locar al vidre i vam treure el suro amb el filferro. A continuació, agafant la llauna en una mà i aixecant l’altre dit al coll, vam treure una forta espurna de l’aigua amb un cop igualment fort, com si el filferro es mantingués al seu lloc, i això demostrava que la força no s’amaga al filferro. " Aquí, l’autor truca el terminal principal de la llauna.

"Després d'això, per esbrinar si l'electricitat, com pensàvem, no estava a l'aigua, vam tornar a electrificar el banc. Posant-lo al vidre, en van treure, com abans, un filferro amb un tap; després vam abocar tota l’aigua de la llauna en una ampolla buida, que també quedava damunt del vidre. Vam creure que si l’electricitat es trobava a l’aigua, aleshores quan toquem aquesta ampolla obtindrem un èxit. No va arribar cap cop. A partir d’aquí vam arribar a la conclusió que l’electricitat es va perdre durant la transfusió o es va mantenir al banc ”.

"Va resultar ser veritat, tal com vam establir, aquesta última, perquè al provar-ho, es va produir un cop, tot i que hi vam tirar aigua senzilla de la caldera." Franklin no va tenir més remei que admetre que el càrrec del banc només podia estar en el seu got.

"Per esbrinar, aquesta propietat és inherent al got de l'ampolla o la seva forma, vam agafar un full de vidre, el vam col·locar al palmell de la mà, el vam cobrir amb una placa de plom al capdamunt i ho vam electrificar. Li van portar un dit, resultant en una espurna amb un cop ". D’aquesta manera, es va determinar que la forma del vidre no afecta el resultat. El resultat de la resolució d’aquest problema va ser per a Franklin la invenció d’un condensador pla, una placa de la qual era la palma de l’experimentador i l’altra una fulla de plom. Tot i això, en el futur també substitueix el palmell de la mà per un full de plom.

Qui podria tenir dubtes sobre la puresa científica de l’experiment ianqui? Podria afirmar amb seguretat que en una condensació elèctrica "en forma condensada" la càrrega es troba en VIDRE. Si cal, qualsevol podria repetir aquests experiments i verificar les conclusions de Franklin. Segurament aquests experiments es van realitzar i les conclusions van ser confirmades per molts científics. Fins i tot es va crear un model demostratiu del gerro de Leyden, amb l’ajut del qual van mostrar als estudiants una versió simplificada de l’experiment, que després va resultar ser la conclusió equivocada. Al cap i a la fi, si en lloc d’aigua, Franklin utilitzava mercuri en l’experiment, el resultat podria ser exactament al contrari.

Els experiments amb el gerro de Leyden van ser molt espectaculars i plenament consistents amb les idees de l’absolutisme il·luminat, de manera que es van posar de moda a l’alta societat i fins i tot hi van participar persones coronades. I l'abat J. A. Nollay fins i tot va assumir el càrrec d'electricista oficial sota el rei Lluís XV. Va donar el nom al dispositiu en nom de la ciutat universitària de Leiden a Holanda, on es va inventar molt probablement aquest dispositiu.

Deu anys d’experiments no van ser en va. Es va establir precisament que els resultats dels experiments no depenien de la composició de l’aigua (n’hi havia cap que fos adequat). D'altra banda, en lloc d'aigua, es podia abocar una fracció de plom al pot, o simplement s'enfortia una làmina de plom. Això no es reflectia en l’acció de la llauna. Per reforçar l’acció, els bancs van aprendre a recollir piles.

Es va trobar que els bancs d’un volum més gran (per tant, amb una superfície de vidre més gran) donaven descàrregues més fortes. Però la dependència de l'impacte sobre el gruix del vidre era inversa. Les ulleres més primes van donar una descàrrega més forta. Sorprenentment, amb l’ajuda del xoc elèctric de l’investigador, els científics van trobar amb molta precisió la coneguda fórmula per a la capacitat d’un condensador pla. Posteriorment, els historiadors de la ciència en broma anomenen aquest mètode de mesura un SOCKET METER.(Del francès SHOCK: colpejar, empènyer).

Per explicar els fenòmens elèctrics en la comunitat científica, s’han proposat diverses teories que han trobat aplicació entre els científics. Entre ells hi havia la teoria unitària de l’electricitat proposada pel mateix Franklin. Segons aquesta teoria, l'electricitat era una espècie de líquid sense pes que omplia tots els cossos. Si hi havia més o menys d’aquest fluid en els cossos, el cos adquiria una càrrega. Amb un excés d’aquest fluid, el cos tenia una càrrega positiva, amb una deficiència - negativa. Aquesta teoria es desenvoluparà més tard en la teoria electrònica de la conducció.

Mitjançant aquesta teoria, va ser fàcil explicar els fenòmens que es produeixen en el condensador (banc de Leiden). Quan es carrega, un fluid elèctric flueix d’una placa de condensador a una altra. El resultat és una càrrega positiva en una placa i una negativa en una altra. El got entre ells només serveix d’aïllant i res més. És fàcil descarregar aquest condensador. N’hi ha prou de tancar aquestes plaques amb un conductor o un cos humà. Però els resultats de l'experiència de Franklin van demostrar que la càrrega és a la copa. Com entendre tot això?

Alguns científics, per confirmar la correcció de la teoria unitària, van tractar d’eliminar el vidre de l’experiència. Van carregar dues barres metàl·liques que penjaven a prop. No hi ha dubte que eren un condensador, però sense vidre. Per desgràcia, un condensador d’experimentació no va arribar a la corrent i la qüestió no va ser resolta.

El 1757, es va publicar a Sant Petersburg l’obra de l’acadèmic rus Franz Epinus “Experiència en la teoria de l’electricitat i el magnetisme”, que descriu l’experiència que va resoldre aquest problema. Va prendre com a base la idea que l'electrificació de les barres era correcta, però el xoc de l'experimentador no es va produir a causa de la petita capacitat d'un condensador com aquest. I podeu augmentar la seva capacitat augmentant les plaques del condensador i reduint la distància entre elles. Degut al fet que l'experimentador inventa un nou tipus de capacitança elèctrica per a aquest experiment: un condensador amb dielèctric aeri, donem el text del mateix F. Epinus.

"Per tant, per aconseguir una gran superfície, em vaig ocupar de fer plaques de fusta, la superfície de la qual tenia uns vuit peus quadrats, les vaig penjar, sobreposant xapes de metall a una distància de mig centímetre les unes de les altres en una posició paral·lela entre si." Va carregar un condensador i es va descarregar a través de si mateix.

"De seguida vaig rebre un fort xoc, completament similar al provocat pel banc de Leiden. A més, aquest dispositiu va poder reproduir tots els altres fenòmens que s’obtenen al banc; no cal passar-los per alt ”. Tingueu en compte que vuit peus quadrats són una mica menys d’un metre quadrat.

L’última observació sobre “tots els altres fenòmens” és molt significativa. Subratlla que l’electricitat d’un condensador d’aquest tipus és EXACTAMENT EL MATEIX com a pot del Leyden. Però no hi havia vidre, i suposar que les càrregues que hi ha a l’aire dels voltants era poc productiu. Més tard, el 1838, aquestes substàncies “a través o a través de les quals actuen les forces elèctriques” M. Faraday s’anomenarà DIELECTRICA. Epinus fa una observació al llibre: "Em vaig adonar que li passava alguna cosa a Franklin que li podia passar a qualsevol persona", fent al·lusió al refrany llatí - Errare humanum est - és que la naturalesa humana s'equivoca.

F. Epinus va enviar la seva composició a Amèrica específicament per a Franklin, però gairebé va deixar de fer investigacions sobre electricitat, excloent l’ús pràctic del llamp inventat per ell. Es va convertir en polític. I Catherine II va ser excomunicada de l'activitat acadèmica a Rússia i F. Epinus. Ella el va nomenar professor de física per al seu fill Paul, que després es convertiria en emperador. Però va ser convidat a Sant Petersburg per substituir G.V. Richman, que va morir durant les investigacions sobre electricitat atmosfèrica.Va passar així que la qüestió dels experiments amb un banc de Leyden va romandre sense resoldre durant molt de temps.

I al meu davant hi ha un llibre de text sobre electricitat el 1918. publicacions. Es tracta d’una traducció del llibre de l’autor francès Georges Claude amb el llarg títol: “L’electricitat per a tots i cadascuna d’elles clarament indicades”. Descriu l'experiència amb el flascó Leyden, com en Franklin, però ja no hi ha aigua. Veure la imatge

A l'esquerra el conjunt de la gerra de Leyden. Les lletres A, B i C indiquen els seus components. A i B són dins i fora de la llauna. C és un vas de vidre que serveix d’aïllant. Aquest muntatge de llauna es carrega durant un experiment de demostració, i un demostrador es desmunta una llauna carregada en guants de goma. Per demostrar el fet que els folres de llauna no tenen cap càrrec, estan en contacte entre ells. Assegureu-vos que no hi hagi cap espurna. Després es recull la gerra. Sorprenentment, es torna a carregar i dóna una potent espurna. Aquesta experiència va desconcertar a molts. I la ciència no pateix ambigüitats. Tanmateix, només es va donar una explicació de la situació el 1922.

Aquell any, a la revista London Journal of Philosophy, el físic J. Addenbrook va publicar un article, "Estudi dels experiments de Franklin amb una gerra de Leyden", on l'autor va obtenir resultats sorprenents que van assenyalar tot i. Resulta que, en condicions normals, el vidre sempre està cobert amb una pel·lícula d’aigua, ho observem tot fent boir les finestres. Per cert, aquesta pel·lícula no sempre s’observa visualment. I allà es mantenen les càrregues del condensador desmuntat i tenen el paper de les plaques en un vidre autònom. Quan Addenbrook utilitza un vidre no de vidre, sinó de parafina, sobre el qual no es forma una pel·lícula de vidre, el resultat és el contrari al de Franklin. En un ambient sec, tampoc no s’observa “l’efecte Franklin” en un banc de Leiden desplomable.

Comments

[#1]

Una persona sempre ha de ser feliç, si la felicitat s’acaba, mira el que ha anat malament