Colisões experimentais da experiência de Leiden

Em 1913 A Universidade de Petersburgo recebeu um novo funcionário - o físico A.F. Ioffe. Sob a especialidade de um engenheiro tecnólogo, com uma inclinação para o trabalho científico, antes disso, ele trabalhou na Universidade de Munique por vários anos, sob a orientação do melhor físico experimental europeu V.K. Rentgen. Lá ele defendeu sua tese de doutorado.

Agora, seu físico era O.D. Hvolson. Em uma conversa sobre pesquisas futuras, esse líder sugeriu que ele "continuasse a maravilhosa tradição dos cientistas russos" para reproduzir o melhor trabalho científico estrangeiro. É claro que o aluno de raios-X, o primeiro ganhador do Prêmio Nobel de física, até ouvir sobre isso era estranho. Ele perguntou novamente: "Não é melhor levantar novas questões não resolvidas?" Ao que Hvolson respondeu: “Mas algo novo pode ser inventado na física? Para fazer isso, você precisa ser GJ Thomson. ”

De fato, J. Thomson, o descobridor do elétron, foi um dos principais físicos. Mas então descobriu-se que A.F. Ioffe também sabia como fazer perguntas na ciência e a tecnologia de semicondutores do mundo inteiro basicamente começou com ela. Além disso, ele foi o organizador de uma escola científica russa, cujos alunos ficariam orgulhosos de qualquer país do mundo, incluindo I.V. Kurchatov e ganhadores do Nobel N.N. Semenov, P.L. Kapitsa.

A capacidade de fazer perguntas sobre a natureza e receber respostas por meio de experimentos é considerada a coisa mais importante na vida da ciência. E os números que sabem como fazer isso são apenas excelentes cientistas. Mas ela também estava errada e O.D. Hvolson. O fundamento da física moderna consiste nas descobertas do trabalho dos pioneiros, que são regularmente verificados, checados e refinados. Se as conclusões não forem confirmadas, seções inteiras das ciências entram em colapso e, em seguida, meticulosamente erguem novos muros, ramos dessa ciência, que levam a novas descobertas, a novas construções. Esse processo dura séculos e não há fim para isso.

Aqui contamos a história de um experimento de um cientista que estava interessado em uma questão científica promissora sobre um fenômeno físico e que tentou resolvê-lo com uma experiência simples e convincente, mas que levou a uma situação chamada colisão. É o caso quando os resultados obtidos se contradizem.

Ninguém pode nomear a data exata da descoberta científica do fato de que as cargas elétricas podem ser acumuladas usando dispositivos especiais, mais tarde chamados bancos de Leiden e posteriormente desenvolvidos em dispositivos chamados capacitores elétricos. Mas pode-se argumentar que depois de 1745. com a ajuda de uma jarra de Leyden, foi possível descobrir a alta velocidade da propagação de eletricidade, seu efeito no organismo humano e animal, a possibilidade de inflamar gases combustíveis com faíscas elétricas, etc. Milhares de pesquisadores estão tentando usar este dispositivo para as necessidades da economia nacional. No entanto, por alguma razão, ninguém está tentando estudar o próprio banco de Leiden.

A primeira pergunta à natureza no próprio banco é feita pelo grande cientista autodidata americano Benjamin Franklin. Lembre-se de que a jarra de Leyden naquela época era uma garrafa de água com rolha comum, na qual foi inserida uma barra de ferro que tocava essa água. O frasco em si foi segurado nas mãos ou colocado em uma folha de chumbo. Esse era todo o seu dispositivo.

Franklin pensou em descobrir onde neste dispositivo simples vidro de metal e água eletricidade pode acumular. Em uma barra de ferro, água ou a própria garrafa? Agora, quando existem vários instrumentos de medição e metade da população usa computadores, essa questão deixa muitos perplexos.Vamos ver como esse problema foi resolvido em 1748, quando o próprio experimentador era o único dispositivo de medição, passando por si mesmo choques elétricos dolorosos. Na maioria das vezes, forneceremos uma descrição dos experimentos pelo próprio autor dos experimentos, a fim de verificar sua simplicidade engenhosa.

“Com a intenção de examinar o frasco eletrificado para determinar onde está oculto seu poder, colocamos no vidro e removemos a cortiça com o fio. Então, pegando a lata em uma mão e levantando o outro dedo até o pescoço, removemos uma faísca forte da água com um golpe igualmente forte, como se o fio permanecesse em seu lugar, e isso mostrou que a força não está oculta no fio ". Aqui, o autor chama o terminal principal da lata de um fio.

“Depois disso, para descobrir se a eletricidade, como pensávamos, não estava na água, novamente eletrificamos o banco. Colocando-o no copo, tiraram dele, como antes, um fio com uma rolha; depois despejamos toda a água da lata em uma garrafa vazia, que também estava no copo. Acreditávamos que, se a eletricidade estivesse na água, quando tocarmos nesta garrafa, seremos atingidos. Nenhum golpe veio. A partir daqui, concluímos que a eletricidade foi perdida durante a transfusão ou permaneceu no banco. ”

"Acabou sendo verdade, como estabelecemos, o último, porque ao testar isso, um golpe se seguiu, embora tenhamos derramado água pura da chaleira nela". Franklin não teve escolha senão admitir que a cobrança no banco só poderia estar em seu copo.

“Para descobrir, essa propriedade é inerente ao copo da garrafa ou à sua forma, pegamos uma folha de vidro, deitamos na palma da mão, cobrimos com uma placa de chumbo no topo e eletrificamos a última. Eles trouxeram um dedo para ela, resultando em uma faísca com um golpe. " Dessa forma, foi determinado que a forma do vidro não afeta o resultado. O resultado da solução desse problema foi para Franklin a invenção de um capacitor plano, um dos quais na palma da mão do experimentador e o outro uma folha de chumbo. No entanto, no futuro, ele também substitui a palma da mão por uma folha de chumbo.

Quem poderia ter dúvidas sobre a pureza científica do experimento ianque? Ele poderia afirmar com segurança que em uma capacitância elétrica "de forma condensada" a carga está em VIDRO. Se necessário, alguém poderia repetir essas experiências e verificar as conclusões de Franklin. Certamente tais experimentos foram realizados e as conclusões foram confirmadas por muitos cientistas. Foi até criado um modelo de demonstração do frasco de Leyden, com a ajuda dos quais eles mostraram aos alunos uma versão simplificada do experimento, que acabou sendo a conclusão errada. Afinal, se, em vez de água, Franklin usasse mercúrio no experimento, o resultado poderia ser exatamente o oposto.

As experiências com o frasco de Leyden foram muito espetaculares e totalmente consistentes com as idéias do absolutismo iluminado, de modo que elas se tornaram moda na alta sociedade e até pessoas coroadas participaram delas. E o abade J.A. Nollay chegou a ocupar o cargo de eletricista oficial sob o rei Luís XV. Ele deu o nome ao dispositivo em nome da cidade universitária de Leiden, na Holanda, onde esse dispositivo foi provavelmente inventado.

Dez anos de experimentos não foram em vão. Foi estabelecido precisamente que os resultados das experiências não dependiam da composição da água (adequada). Além disso, em vez de água, uma fração de chumbo pode ser derramada no frasco, ou simplesmente a folha de chumbo foi reforçada dentro dele. Isso não se refletiu na ação da lata. Para fortalecer a ação, os bancos aprenderam a coletar baterias.

Verificou-se que bancos de um volume maior (portanto, com uma superfície de vidro maior) produziam descargas mais fortes. Mas a dependência do impacto na espessura do vidro era inversa. Óculos mais finos deram uma descarga mais forte. Surpreendentemente, com a ajuda do choque elétrico do pesquisador, os cientistas inventaram com bastante precisão a fórmula conhecida para a capacitância de um capacitor plano. Posteriormente, historiadores da ciência, brincando, chamam esse método de medição de MEDIDOR DE SOCKET.(Do CHOQUE francês - pressione, empurre).

Para explicar os fenômenos elétricos na comunidade científica, foram apresentadas várias teorias que encontraram aplicação entre os cientistas. Entre eles estava a teoria unitária da eletricidade proposta pelo próprio Franklin. Segundo essa teoria, a eletricidade era um tipo de líquido sem peso que enchia todos os corpos. Se havia mais ou menos desse fluido nos corpos, o corpo adquiria uma carga. Com um excesso desse líquido, o corpo apresentava uma carga positiva, com uma deficiência - negativa. Essa teoria será posteriormente desenvolvida na teoria eletrônica de condução.

Usando essa teoria, foi fácil explicar os fenômenos que ocorrem no capacitor (banco de Leiden). Ao carregar, um fluido elétrico flui de uma placa de capacitor para outra. O resultado é uma carga positiva em uma placa e negativa em outra. O vidro entre eles serve apenas como isolante e nada mais. É fácil descarregar esse capacitor. Basta fechar essas placas com um condutor ou um corpo humano. Mas os resultados da experiência de Franklin mostraram que a carga está no copo! Como entender tudo isso?

Alguns cientistas, a fim de confirmar a correção da teoria unitária, tentaram remover o vidro da experiência. Eles carregaram duas barras de metal penduradas nas proximidades. Não há dúvida de que eles eram um capacitor, mas sem vidro. Infelizmente, esse capacitor experimentador não atingiu a corrente e a questão permaneceu sem solução.

Em 1757, o trabalho do acadêmico russo Franz Epinus “Experiência na teoria da eletricidade e magnetismo” foi publicado em São Petersburgo, descrevendo a experiência que resolveu esse problema. Ele tomou como base a ideia de que a eletrificação das barras estava correta, mas o choque do experimentador não foi atingido por causa da pequena capacidade desse capacitor. E você pode aumentar sua capacidade aumentando as placas do capacitor e reduzindo a distância entre elas. Devido ao fato de o pesquisador inventar um novo tipo de capacitância elétrica para esse experimento - um capacitor com dielétrico a ar, fornecemos o texto do próprio F. Epinus.

"Então, para obter uma superfície grande, cuidei de fazer placas de madeira, cuja superfície tinha cerca de dois metros quadrados, pendurei-as, sobrepondo chapas de metal a uma distância de 2,5 cm uma da outra, em uma posição paralela uma à outra". Ele carregou um capacitor e descarregou através de si mesmo ..

“Recebi imediatamente um choque forte, completamente semelhante ao causado pelo banco Leiden. Além disso, este dispositivo foi capaz de reproduzir todos os outros fenômenos obtidos no banco; não há necessidade de ignorá-los. Observe que oito pés quadrados são um pouco menos que um metro quadrado.

A última observação sobre "todos os outros fenômenos" é muito significativa. Ele enfatiza que a eletricidade de um capacitor é EXATAMENTE O MESMO que a do jarro de Leyden. Mas não havia vidro, e assumir que as acusações estão no ar circundante era improdutivo. Mais tarde, em 1838, essas substâncias "através ou através das quais as forças elétricas atuam" M. Faraday chamará DIELECTRICS. Epinus faz uma observação no livro: “Eu percebi que algo aconteceu com Franklin que poderia acontecer a todas as pessoas”, aludindo ao provérbio latino - Errare humanum est - é da natureza humana cometer erros.

F. Epinus enviou sua composição para a América especificamente para Franklin, mas ele quase parou de fazer pesquisas sobre eletricidade, excluindo o uso prático do para-raios inventado por ele. Ele se tornou um político. E Catarina II foi excomungada da atividade acadêmica na Rússia e F. Epinus. Ela o nomeou professor de física para seu filho Paul, que mais tarde se tornou imperador. Mas ele foi convidado a São Petersburgo para substituir G.V. Richman, que morreu durante uma pesquisa sobre eletricidade atmosférica.Aconteceu que a questão das experiências com um banco de Leyden permaneceu sem solução por um longo tempo.

E na minha frente há um livro sobre eletricidade em 1918. publicações. Esta é uma tradução do livro do autor francês Georges Claude com o título longo "Eletricidade para todos e cada um claramente indicado". Ele descreve a experiência com o frasco de Leyden, como em Franklin, mas já na ausência de água. Veja a imagem.

À esquerda está o conjunto do jarro de Leyden. As letras A, B e C indicam seus componentes. A e B são o interior e o exterior da lata. C é um copo de vidro que serve como isolante. Uma montagem dessa lata é carregada durante um experimento de demonstração e, em seguida, uma lata carregada é desmontada por um demonstrador em luvas de borracha. Para provar o fato de que os revestimentos das latas não têm carga, eles estão em contato um com o outro. Verifique se não há faísca. Em seguida, o frasco é coletado. Surpreendentemente, é novamente carregado e dá uma faísca poderosa. Essa experiência confundiu muitos. E a ciência não sofre ambiguidades. No entanto, uma explicação da situação foi dada apenas em 1922.

Naquele ano, no London Journal of Philosophy, um artigo foi publicado pelo físico J. Addenbrook, "Estudo das experiências de Franklin com uma jarra de Leyden", onde o autor apresentou resultados surpreendentes que pontilhavam tudo o que eu. Acontece que, em condições normais, o vidro é sempre coberto com um filme de água; observamos isso embaçando as janelas. A propósito, este filme nem sempre é observado visualmente. E aí as cargas no capacitor desmontado permanecem e desempenham o papel de placas em um copo independente. Quando Addenbrook usa um copo não de vidro, mas de parafina, no qual um filme de vidro não se forma, o resultado é o oposto do de Franklin. Em uma atmosfera seca, o "efeito Franklin" em um banco dobrável de Leiden também não é observado.