Colisiones experimentales de la experiencia de Leiden

En 1913 La Universidad de Petersburg recibió un nuevo empleado: el físico A.F.Ioffe. Bajo la especialidad de ingeniero tecnólogo, con una inclinación por el trabajo científico, antes de eso había trabajado en la Universidad de Munich durante varios años bajo la guía del mejor físico experimental europeo V.K.Rentgen. Allí defendió su tesis doctoral.

Ahora su físico era O.D. Hvolson. En una conversación sobre las próximas investigaciones, este líder sugirió que "continúe la maravillosa tradición de los científicos rusos" para reproducir los mejores trabajos científicos extranjeros. Está claro que el estudiante de rayos X, el primer ganador del Premio Nobel de física, incluso saberlo fue extraño. Volvió a preguntar: "¿No es mejor plantear nuevos problemas sin resolver?" A lo que Hvolson respondió: “¿Pero puede inventarse algo nuevo en física? Para hacer esto, debes ser GJ Thomson ".

De hecho, J. Thomson, el descubridor del electrón, fue un físico importante. Pero luego resultó que A.F.Ioffe también pudo hacer preguntas en la ciencia y la tecnología de semiconductores del mundo entero comenzó esencialmente con eso. Además, fue el organizador de una escuela científica rusa, cuyos estudiantes estarían orgullosos de cualquier país del mundo, incluidos I.V. Kurchatov y los premios Nobel N.N. Semenov, P.L. Kapitsa.

La capacidad de hacer preguntas a la naturaleza y recibir respuestas a través del experimento se considera lo más importante en la vida de la ciencia. Y las cifras que saben cómo hacer esto son solo científicos sobresalientes. Pero ella también estaba equivocada y O.D. Hvolson. La base de la física moderna consiste en las conclusiones del trabajo de los pioneros, que se verifican regularmente, se verifican dos veces y se refinan. Si no se confirman las conclusiones, secciones enteras de las ciencias colapsan y luego erigen minuciosamente nuevos muros, ramas de esta ciencia, que conducen a nuevos descubrimientos, a nuevas construcciones. Tal proceso dura siglos y no tiene fin.

Aquí contamos la historia de un experimento realizado por un científico que estaba interesado en una pregunta científica prometedora sobre un fenómeno físico y que trató de resolverlo con una experiencia simple y convincente, pero que condujo a una situación llamada colisión. Este es el caso cuando los resultados obtenidos se contradicen entre sí.

Nadie puede nombrar la fecha exacta del descubrimiento científico del hecho de que las cargas eléctricas se pueden acumular usando dispositivos especiales, más tarde llamados bancos de Leiden y más tarde desarrollados en dispositivos llamados condensadores electricos. Pero se puede argumentar que después de 1745. Con la ayuda de la jarra Leyden, fue posible descubrir la alta velocidad de propagación de la electricidad, su efecto sobre el cuerpo humano y animal, la posibilidad de encender gases combustibles con chispas eléctricas, etc. Miles de investigadores están tratando de usar este dispositivo para las necesidades de la economía nacional. Sin embargo, por alguna razón, nadie está tratando de estudiar el banco de Leiden.

La primera pregunta a la naturaleza en el banco en sí la hace el gran científico autodidacta estadounidense Benjamin Franklin. Recuerde que el frasco de Leyden en ese momento era una botella de agua con corcho ordinario, en cuyo corcho se insertó una varilla de hierro que tocó esta agua. La botella misma se sostenía en las manos o se colocaba sobre una lámina de plomo. Ese era todo su dispositivo.

Franklin se preguntó para descubrir donde en este dispositivo simple vidrio metal y agua la electricidad puede acumularse. ¿En una barra de hierro, agua o la botella misma? Ahora que hay varios instrumentos de medición y la mitad de la población usa computadoras, esta pregunta desconcertará a muchos.Veamos cómo se resolvió este problema en 1748, cuando el mismo experimentador, que dejó pasar descargas eléctricas dolorosas, fue el único dispositivo de medición. En su mayor parte, proporcionaremos una descripción de los experimentos por parte del autor de los experimentos, para verificar su ingeniosa simplicidad.

“Con la intención de examinar el frasco electrificado para establecer dónde está oculto su poder, lo colocamos en el vidrio y retiramos el corcho con el cable. Luego, tomando la lata con una mano y levantando el otro dedo hasta su cuello, eliminamos una chispa fuerte del agua con un golpe igualmente fuerte, como si el cable permaneciera en su lugar, y esto demostró que la fuerza no está oculta en el cable ". Aquí, el autor llama a la terminal principal de la lata un cable.

“Después de eso, para saber si la electricidad, como pensábamos, no estaba en el agua, nuevamente electrificamos el banco. Poniéndolo en el cristal, sacaron, como antes, un cable con un tapón; Luego vertimos toda el agua de la lata en una botella vacía, que también estaba sobre el vaso. Creíamos que si había electricidad en el agua, cuando toquemos esta botella obtendremos un golpe. Ningún golpe vino. A partir de aquí, concluimos que la electricidad se perdió durante la transfusión o permaneció en el banco ”.

"Resultó ser cierto, como lo establecimos, este último, porque al probar esto puede, un golpe siguió, aunque vertimos agua corriente del hervidor de agua". Franklin no tuvo más remedio que admitir que el cargo en el banco solo podía estar en su vaso.

“Para descubrir entonces, esta propiedad es inherente al vidrio de la botella o su forma, tomamos una lámina de vidrio, la colocamos en la palma de nuestra mano, la cubrimos con una placa de plomo en la parte superior y la electrificamos. Le trajeron un dedo, lo que resultó en una chispa con un golpe ". De esta manera, se determinó que la forma del vidrio no afecta el resultado. El resultado de resolver este problema fue para Franklin la invención de un condensador plano, una placa de la cual era la palma del experimentador y la otra una lámina de plomo. Sin embargo, en el futuro también reemplaza la palma de su mano con una hoja de plomo.

¿Quién podría tener dudas sobre la pureza científica del experimento yanqui? Podría afirmar con seguridad que en una capacitancia eléctrica "en forma condensada" la carga está en VIDRIO. Si es necesario, cualquiera podría repetir estos experimentos y verificar las conclusiones de Franklin. Seguramente tales experimentos se llevaron a cabo y las conclusiones fueron confirmadas por muchos científicos. Incluso se creó un modelo de demostración del frasco de Leyden, con la ayuda de los cuales mostraron a los estudiantes una versión simplificada del experimento, que luego resultó ser una conclusión incorrecta. Después de todo, si en lugar de agua, Franklin usó mercurio en el experimento, el resultado podría ser exactamente lo contrario.

Los experimentos con el frasco de Leyden fueron muy espectaculares y totalmente consistentes con las ideas del absolutismo ilustrado, por lo que se pusieron de moda en la alta sociedad e incluso personas coronadas participaron en ellos. Y el abad J.A.Nollay incluso asumió el cargo de electricista oficial bajo el rey Luis XV. Le dio el nombre al dispositivo en nombre de la ciudad universitaria de Leiden en Holanda, donde este dispositivo probablemente fue inventado.

Diez años de experimentos no fueron en vano. Se estableció con precisión que los resultados de los experimentos no dependían de la composición del agua (cualquiera era adecuado). Además, en lugar de agua, se podría verter una fracción de plomo en el frasco, o simplemente se reforzó la lámina de plomo en su interior. Esto no se reflejó en la acción de la lata. Para fortalecer la acción, los bancos aprendieron a recolectar baterías.

Se encontró que los bancos de un volumen mayor (por lo tanto, con una superficie de vidrio más grande) dieron descargas más fuertes. Pero la dependencia del impacto sobre el grosor del vidrio fue inversa. Las gafas más delgadas dieron una descarga más fuerte. Sorprendentemente, con la ayuda de la descarga eléctrica del investigador, los científicos idearon con bastante precisión la conocida fórmula para la capacitancia de un condensador plano. Posteriormente, los historiadores de la ciencia en broma llaman a este método de medición un MEDIDOR DE ENCHUFE.(Desde el CHOQUE francés - golpear, empujar).

Para explicar los fenómenos eléctricos en la comunidad científica, se han presentado varias teorías que han encontrado aplicación entre los científicos. Entre ellos estaba la teoría unitaria de la electricidad propuesta por el propio Franklin. Según esta teoría, la electricidad era un tipo de líquido sin peso que llenaba todos los cuerpos. Si había más o menos de este líquido en los cuerpos, entonces el cuerpo adquirió una carga. Con un exceso de este líquido, el cuerpo tenía una carga positiva, con una deficiencia negativa. Esta teoría se desarrollará más tarde en la teoría electrónica de la conducción.

Usando esta teoría, fue fácil explicar los fenómenos que ocurren en el condensador (banco de Leiden). Al cargar, un fluido eléctrico fluye de una placa de condensador a otra. El resultado es una carga positiva en una placa y una negativa en otra. El vidrio entre ellos sirve solo como aislante y nada más. Es fácil descargar dicho condensador. Es suficiente cerrar estas placas con un conductor o un cuerpo humano. ¡Pero los resultados de la experiencia de Franklin mostraron que la carga está en el cristal! ¿Cómo entender todo esto?

Algunos científicos, para confirmar la corrección de la teoría unitaria, intentaron eliminar el vidrio de la experiencia. Cargaron dos barras de metal que colgaban cerca. No hay duda de que eran un condensador, pero sin vidrio. Por desgracia, un condensador de experimentación de este tipo no llegó a la corriente y la pregunta quedó sin resolver.

En 1757, el trabajo del académico ruso Franz Epinus "Experiencia en la teoría de la electricidad y el magnetismo" se publicó en San Petersburgo, que describe la experiencia que resolvió este problema. Tomó como base la idea de que la electrificación de las barras era correcta, pero el impacto del experimentador no se vio afectado debido a la pequeña capacidad de dicho condensador. Y puede aumentar su capacidad aumentando las placas del condensador y reduciendo la distancia entre ellas. Debido al hecho de que el experimentador inventa un nuevo tipo de capacitancia eléctrica para este experimento: un capacitor con un dieléctrico de aire, le damos el texto del mismo F. ​​Epinus.

"Entonces, para obtener una superficie grande, me encargué de hacer placas de madera, cuya superficie era de aproximadamente ocho pies cuadrados, las colgué, superponiendo láminas de metal a una distancia de una pulgada y media en una posición paralela entre sí". Cargó tal condensador y se descargó a través de sí mismo.

“Inmediatamente recibí una fuerte conmoción, completamente similar a la causada por el banco Leiden. Además, este dispositivo fue capaz de reproducir todos los demás fenómenos que se obtienen en el banco; no hay necesidad de pasarlos por alto ". Tenga en cuenta que ocho pies cuadrados es un poco menos de un metro cuadrado.

El último comentario sobre "todos los demás fenómenos" es muy significativo. Hace hincapié en que la electricidad de dicho condensador es EXACTAMENTE LA MISMA que la del frasco de Leyden. Pero no había vidrio, y asumir que las cargas están en el aire circundante era improductivo. Más tarde, en 1838, tales sustancias "a través de las cuales actúan las fuerzas eléctricas" M. Faraday llamará DIELECTRICS. Epinus hace una observación en el libro: "Me di cuenta de que algo le sucedió a Franklin que podría pasarle a todas las personas", aludiendo al proverbio latino - Errare humanum est - es la naturaleza humana cometer errores.

F. Epinus envió su composición a Estados Unidos específicamente para Franklin, pero casi dejó de investigar sobre electricidad, excluyendo el uso práctico del pararrayos inventado por él. Se convirtió en político. Y Catalina II fue excomulgada de la actividad académica en Rusia y F. Epinus. Ella lo nombró profesor de física para su hijo Paul, quien más tarde se convirtió en emperador. Pero fue invitado a San Petersburgo para reemplazar a G.V. Richman, quien murió durante la investigación sobre electricidad atmosférica.Dio la casualidad de que la cuestión de los experimentos con un banco Leyden permaneció sin resolver durante mucho tiempo.

Y frente a mí hay un libro de texto sobre electricidad en 1918. publicaciones Esta es una traducción del libro del autor francés Georges Claude con el largo título "Electricidad para todos, claramente establecido". Describe la experiencia con la jarra Leyden, como en Franklin, pero ya en ausencia de agua. Ver foto.

A la izquierda está el conjunto de jarras Leyden. Las letras A, B y C indican sus componentes. A y B son el interior y el exterior de la lata. C es un vaso de vidrio que sirve como aislante. Tal ensamblaje de lata se carga durante un experimento de demostración, luego una lata cargada es desmontada por un demostrador con guantes de goma. Para probar el hecho de que los revestimientos de latas no tienen carga, están en contacto entre sí. Asegúrese de que no haya chispa. Luego se recoge el frasco. Sorprendentemente, nuevamente se carga y da una poderosa chispa. Esta experiencia desconcertó a muchos. Y la ciencia no sufre ambigüedades. Sin embargo, solo se dio una explicación de la situación en 1922.

En ese año, en el London Journal of Philosophy, el físico J. Addenbrook publicó un artículo, "Estudio de los experimentos de Franklin con un frasco de Leyden", donde el autor obtuvo resultados sorprendentes que salpican todo i. Resulta que, en condiciones normales, el vidrio siempre está cubierto con una película de agua, lo observamos empañando las ventanas. Por cierto, esta película no siempre se observa visualmente. Aquí quedan cargas en el condensador desmontado y desempeñan el papel de placas en un vidrio independiente. Cuando Addenbrook usa un vaso no de vidrio, sino de parafina, sobre el cual no se forma una película de vidrio, el resultado es lo opuesto al de Franklin. En una atmósfera seca, tampoco se observa el "efecto Franklin" en un banco plegable de Leiden.

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