Collisioni sperimentali dell'esperienza di Leida

Nel 1913 L'Università di Pietroburgo ha ricevuto un nuovo dipendente, il fisico A.F. Ioffe. Sotto la specialità di un ingegnere tecnologo, con una propensione per il lavoro scientifico, prima di allora aveva lavorato all'Università di Monaco per diversi anni sotto la guida del miglior fisico sperimentale europeo V.K.Rentgen. Lì ha difeso la sua tesi di dottorato.

Ora il suo fisico era O.D. Hvolson. In una conversazione sulla ricerca imminente, questo leader gli ha suggerito di "continuare la meravigliosa tradizione degli scienziati russi" per riprodurre le migliori opere scientifiche straniere. È chiaro che lo studente di raggi X, il primissimo vincitore del Premio Nobel per la fisica, anche sentirne parlare era strano. Ha chiesto di nuovo: "Non è meglio sollevare nuovi problemi irrisolti?" A cui Hvolson rispose: “Ma qualcosa di nuovo può essere inventato in fisica? Per fare questo, devi essere GJ Thomson. "

In effetti, J. Thomson, lo scopritore dell'elettrone, fu un grande fisico. Ma poi si è scoperto che A.F. Ioffe era anche in grado di porre domande nella scienza e la tecnologia dei semiconduttori di tutto il mondo essenzialmente ha iniziato con essa. Inoltre, era l'organizzatore di una scuola scientifica russa, i cui studenti sarebbero stati orgogliosi di qualsiasi paese del mondo, tra cui I.V. Kurchatov e il premio Nobel N.N. Semenov, P.L. Kapitsa.

La capacità di porre domande sulla natura e ricevere risposte attraverso l'esperimento è considerata la cosa più importante nella vita della scienza. E le figure che sanno come farlo sono solo scienziati eccezionali. Ma aveva anche torto e O.D. Hvolson. Il fondamento della fisica moderna consiste nelle conclusioni del lavoro dei pionieri, che vengono regolarmente controllati, ricontrollati e perfezionati. Se le conclusioni non vengono confermate, intere sezioni delle scienze collassano, e quindi erigono scrupolosamente nuove mura, rami di questa scienza, che portano a nuove scoperte, a nuove costruzioni. Tale processo dura per secoli e non c'è fine a questo.

Qui raccontiamo la storia di un esperimento di uno scienziato interessato a una promettente domanda scientifica su un fenomeno fisico e che ha cercato di risolverlo con un'esperienza semplice e convincente, ma che ha portato a una situazione chiamata collisione. Questo è il caso in cui i risultati ottenuti si contraddicono a vicenda.

Nessuno può nominare la data esatta della scoperta scientifica del fatto che le cariche elettriche possono essere accumulate utilizzando dispositivi speciali, in seguito chiamati banche Leiden e successivamente sviluppati in dispositivi chiamati condensatori elettrici. Ma si può sostenere che dopo il 1745. con l'aiuto del vaso Leyden, è stato possibile scoprire l'alta velocità della diffusione dell'elettricità, i suoi effetti sul corpo umano e animale, la possibilità di accendere gas combustibili con scintille elettriche, ecc. Migliaia di ricercatori stanno cercando di utilizzare questo dispositivo per le esigenze dell'economia nazionale. Tuttavia, per qualche motivo nessuno sta cercando di studiare la banca di Leida stessa.

La prima domanda alla natura sulla banca stessa è posta dal grande scienziato autodidatta americano Benjamin Franklin. Ricordiamo che il vaso Leyden in quel momento era una normale bottiglia d'acqua tappata, nel tappo di sughero in cui era inserita una bacchetta di ferro che toccava quest'acqua. La bottiglia stessa veniva tenuta in mano o posta su un foglio di piombo. Quello era il suo intero dispositivo.

Franklin si chiese di scoprirlo dove in questo semplice dispositivo vetro metallo e acqua l'elettricità può accumularsi. In una bacchetta di ferro, acqua o la bottiglia stessa? Ora, quando ci sono vari strumenti di misura e la metà della popolazione usa i computer, questa domanda perderà molti.Vediamo come questo problema è stato risolto nel 1748, quando lo stesso sperimentatore, facendo passare dolorose scosse elettriche, era l'unico dispositivo di misurazione. Per la maggior parte, forniremo una descrizione degli esperimenti dell'autore stesso degli esperimenti, al fine di verificarne la geniale semplicità.

“Con l'intenzione di esaminare il barattolo elettrificato per stabilire dove è nascosto il suo potere, l'abbiamo posizionato sul vetro e rimosso il tappo con il filo. Quindi, prendendo la lattina in una mano e sollevando l'altro dito sul collo, abbiamo rimosso una forte scintilla dall'acqua con un colpo altrettanto forte, come se il filo rimanesse al suo posto, e questo ha dimostrato che la forza non è nascosta nel filo ". Qui, l'autore chiama il terminale principale della lattina un filo.

“Successivamente, per scoprire se l'elettricità, come pensavamo, non era nell'acqua, abbiamo nuovamente elettrificato la banca. Mettendolo sul vetro, ne tirarono fuori, come prima, un filo con un tappo; poi abbiamo versato tutta l'acqua dalla lattina in una bottiglia vuota, che si trovava anche sul bicchiere. Credevamo che se l'elettricità fosse nell'acqua, quando toccheremo questa bottiglia avremo un colpo. Nessun colpo è arrivato. Da qui abbiamo concluso che l'elettricità è stata persa durante la trasfusione o è rimasta in banca. "

"Si è rivelato vero, come abbiamo stabilito, il secondo, perché durante il test questo può essere seguito da un colpo, anche se abbiamo versato acqua semplice dal bollitore." Franklin non ebbe altra scelta che ammettere che l'accusa in banca poteva essere solo nel suo bicchiere.

“Per scoprirlo, questa proprietà è inerente al bicchiere della bottiglia o alla sua forma, abbiamo preso una lastra di vetro, l'abbiamo posata sul palmo della mano, coperta con una lastra di piombo sulla parte superiore ed elettrificata quest'ultima. Le hanno portato un dito, provocando una scintilla con un colpo. " In questo modo, è stato determinato che la forma del vetro non influisce sul risultato. Il risultato della risoluzione di questo problema fu per Franklin l'invenzione di un condensatore piatto, una piastra di cui era il palmo dello sperimentatore e l'altra un foglio di piombo. Tuttavia, in futuro sostituisce anche il palmo della sua mano con un foglio di piombo.

Chi potrebbe avere dubbi sulla purezza scientifica dell'esperimento Yankee? Poteva affermare con sicurezza che in una capacità elettrica "in forma condensata" la carica è in VETRO. Se necessario, chiunque potrebbe ripetere questi esperimenti e verificare le conclusioni di Franklin. Sicuramente tali esperimenti sono stati condotti e le conclusioni sono state confermate da molti scienziati. È stato persino creato un modello dimostrativo del vaso Leyden, con l'aiuto del quale hanno mostrato agli studenti una versione semplificata dell'esperimento, che in seguito si è rivelata una conclusione errata. Dopotutto, se invece dell'acqua, Franklin usasse mercurio nell'esperimento, il risultato potrebbe essere esattamente l'opposto.

Gli esperimenti con il vaso Leyden furono molto spettacolari e pienamente coerenti con le idee di assolutismo illuminato, quindi divennero di moda nell'alta società e anche le persone incoronate vi presero parte. E l'abate J.A. Nollay assunse persino l'incarico di elettricista ufficiale sotto il re Luigi XV. Ha dato il nome al dispositivo per conto della città universitaria di Leida in Olanda, dove questo dispositivo è stato probabilmente inventato.

Dieci anni di esperimenti non furono vani. È stato stabilito con precisione che i risultati degli esperimenti non dipendevano dalla composizione dell'acqua (nessuna adatta). Inoltre, al posto dell'acqua, una frazione di piombo poteva essere versata nel barattolo, o semplicemente una lamina di piombo veniva rinforzata al suo interno. Ciò non si è riflesso nell'azione della lattina. Per rafforzare l'azione, le banche hanno imparato a raccogliere le batterie.

Si è scoperto che le banche di un volume più grande (quindi, con una superficie di vetro più grande) davano scarichi più forti. Ma la dipendenza dell'impatto sullo spessore del vetro era inversa. Gli occhiali più sottili hanno dato una scarica più forte. Sorprendentemente, con l'aiuto della scossa elettrica del ricercatore, gli scienziati hanno ideato con precisione la formula ben nota per la capacità di un condensatore piatto. Successivamente, gli storici della scienza chiamano scherzosamente questo metodo di misurazione un METRO PRESA.(Dal francese SHOCK - premi, premi).

Per spiegare i fenomeni elettrici nella comunità scientifica, sono state avanzate diverse teorie che hanno trovato applicazione tra gli scienziati. Tra loro c'era la teoria unitaria dell'elettricità proposta dallo stesso Franklin. Secondo questa teoria, l'elettricità era una specie di liquido senza peso che riempiva tutti i corpi. Se c'era più o meno questo fluido nei corpi, il corpo ha acquisito una carica. Con un eccesso di questo fluido, il corpo aveva una carica positiva, con una carenza - negativa. Questa teoria verrà successivamente sviluppata nella teoria elettronica della conduzione.

Usando questa teoria, è stato facile spiegare i fenomeni che si verificano nel condensatore (banca di Leida). Durante la carica, un fluido elettrico scorre da una piastra del condensatore a un'altra. Il risultato è una carica positiva su una piastra e una negativa su un'altra. Il vetro tra loro serve solo da isolante e nient'altro. È facile scaricare un tale condensatore. È sufficiente chiudere queste piastre con un conduttore o un corpo umano. Ma i risultati dell'esperienza di Franklin hanno dimostrato che la carica è nel bicchiere! Come capire tutto questo?

Alcuni scienziati, al fine di confermare la correttezza della teoria unitaria, hanno cercato di rimuovere il vetro dall'esperienza. Hanno caricato due barre di metallo appese nelle vicinanze. Non c'è dubbio che fossero un condensatore, ma senza vetro. Purtroppo, un tale condensatore sperimentatore non ha colpito la corrente e la domanda è rimasta irrisolta.

Nel 1757, il lavoro dell'accademico russo Franz Epinus "Esperienza nella teoria dell'elettricità e del magnetismo" fu pubblicato a San Pietroburgo, che descrive l'esperienza che ha risolto questo problema. Ha preso come base l'idea che l'elettrificazione delle barre fosse corretta, ma lo shock dello sperimentatore non è stato colpito a causa della ridotta capacità di un tale condensatore. E puoi aumentare la sua capacità aumentando le piastre del condensatore e riducendo la distanza tra loro. A causa del fatto che lo sperimentatore inventa un nuovo tipo di capacità elettrica per questo esperimento - un condensatore con un dielettrico ad aria, diamo il testo di F. Epinus stesso.

"Quindi, per ottenere una grande superficie, mi sono occupato della realizzazione di lastre di legno, la cui superficie era di circa otto piedi quadrati, le ho appese, sovrapponendo fogli di metallo a una distanza di mezzo pollice l'uno dall'altro in una posizione parallela l'una all'altra." Ha caricato un tale condensatore e scaricato attraverso se stesso ..

“Ho subito ricevuto un forte shock, completamente simile a quello causato dalla banca di Leida. Inoltre, questo dispositivo è stato in grado di riprodurre tutti gli altri fenomeni che si ottengono in banca; non è necessario trascurarli. " Si noti che otto piedi quadrati è un po 'meno di un metro quadrato.

L'ultima osservazione su "tutti gli altri fenomeni" è molto significativa. Sottolinea che l'elettricità di un tale condensatore è ESATTAMENTE LO STESSO del barattolo di Leyden. Ma non c'era vetro e supporre che le cariche nell'aria circostante fosse improduttivo. Più tardi, nel 1838, tali sostanze "attraverso o attraverso le quali agiscono le forze elettriche" M. Faraday chiameranno DIELECTRICS. Epinus fa un'osservazione nel libro: "Mi sono reso conto che a Franklin accadeva qualcosa che poteva accadere a ogni persona", alludendo al proverbio latino - Errare humanum est - è la natura umana fare errori.

F. Epinus ha inviato la sua composizione in America appositamente per Franklin, ma ha quasi smesso di fare ricerche sull'elettricità, escludendo l'uso pratico del parafulmine inventato da lui. È diventato un politico. E Caterina II fu scomunicata dall'attività accademica in Russia e F. Epinus. Lo nominò insegnante di fisica per suo figlio Paul, che in seguito divenne imperatore. Ma è stato invitato a San Pietroburgo per sostituire G. Richman, morto durante una ricerca sull'elettricità atmosferica.È successo così che la questione degli esperimenti con una banca di Leida è rimasta irrisolta per molto tempo.

E di fronte a me c'è un libro di testo sull'elettricità del 1918. edizione. Questa è una traduzione del libro dell'autore francese Georges Claude con il lungo titolo "Elettricità per tutti, chiaramente affermato". Descrive l'esperienza con il vaso Leyden, come in Franklin, ma già in assenza di acqua. Vedi foto

Sulla sinistra è il gruppo vaso Leyden. Le lettere A, B e C indicano i suoi componenti. A e B sono l'interno e l'esterno della lattina. C è un bicchiere di vetro che funge da isolante. Tale assemblaggio di lattine viene caricato durante un esperimento dimostrativo, quindi una lattina caricata viene smontata da un dimostratore con guanti di gomma. Per dimostrare il fatto che i rivestimenti delle lattine non hanno una carica, sono in contatto tra loro. Assicurarsi che non vi sia scintilla. Quindi il barattolo viene raccolto. Sorprendentemente, è di nuovo carico e dà una potente scintilla. Questa esperienza ha confuso molti. E la scienza non soffre di ambiguità. Tuttavia, una spiegazione della situazione fu data solo nel 1922.

In quell'anno, nel London Journal of Philosophy, fu pubblicato un articolo del fisico J. Addenbrook, "Studio degli esperimenti di Franklin con un vaso Leyden", in cui l'autore ha prodotto risultati sorprendenti che hanno segnato tutti i. Si scopre che in condizioni normali il vetro è sempre coperto da un film d'acqua, lo osserviamo appannando le finestre. A proposito, questo film non è sempre osservato visivamente. Qui ci sono cariche rimaste sul condensatore smontato e svolgono il ruolo di piastre in un vetro autonomo. Quando Addenbrook usa un bicchiere non di vetro, ma di paraffina, su cui non si forma un film di vetro, il risultato è l'opposto di Franklin. In un'atmosfera secca, non si osserva anche l '"effetto Franklin" su una banca pieghevole di Leida.

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Una persona dovrebbe essere sempre felice, se la felicità finisce, guarda cosa non va