Реферати українською » История техники » Від проблем порожнечі до проблем електрики


Реферат Від проблем порожнечі до проблем електрики

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Хасапов Борис

У 1640 року великий герцог Тосканский вирішив влаштувати фонтан на терасі Влахерні біля палацу і наказав при цьому підвести воду з найближчого озера з допомогою всмоктувальної насоса. Запрошені флорентійські майстра сказали, що це пояснити неможливо, оскільки воду потрібно було усмоктувати на висоту більш 32 футів (9,6 м). Чому ж вода не всмоктується ж на таку висоту, пояснити було неможливо. Герцог попросив розібратися великого вченого Італії Галілео Галілея. Хоча учений був уже старий і хворий, і було зайнятися експериментами, він таки припустив, що питання лежать у області визначення ваги повітря та її тиску водну поверхню озера. Якщо ж це, можна було пояснити тільки деякі загадкові явища природи, розгадки яких домагалися видатні уми багато століть. У тому числі був і проблема порожнечі.

Чи є порожнеча?

За традицією, що спиралася на авторитет Аристотеля, вважалося незаперечним, що «природа боїться порожнечі» і вже цим «страхом» пояснювалися багато фізичні явища. Втім, сам Аристотель не була настільки категоричний, у своїй «Физике» буде записано: «Слід визнати, що справа фізика розглянути питання порожнечі, існує вона чи ні, у якому вигляді існує, і що вона таке...» [1].

Щоб осягнути, яка сум'яття панувала у наукових на той час, наведемо думки Блеза Паскаля, сучасника Галілея. «Що може бути нелепей, ніж твердження, ніби в неживих тіл є пристрасті, побоювання, страхи? Тим більше що предмет цих страхів – порожнеча. Що й казати такого є у порожнечі, що комп'ютер може їх лякати? Що може бути дурніші і кумедніше?

Це ще все; у яких самих укладено якесь початок руху, щоб уникати порожнечі. Або в нього є руки, ноги, м'язи, нерви?» [2].

Сумніватися справді був у ніж. Якщо поршень, рухаючись угору меча у вертикальної трубі насоса, дістає повітря, відповідно до теорії «страху порожнечі» його місце негайно займає вода, щоб уникнути порожнечі. Але така «страх порожнечі» у природи існувала чомусь до висоти підйому, рівної 32 футам. За дозвіл цього питання взявся учень Галілея Еге. Торічеллі. Для перевірки гіпотези свого вчителя він провів свій знаменитий дослід.

Наповнивши ртуттю скляну трубку завдовжки близько метри, запаяну з однієї кінця, він закрив кінець пальцем, перевернув і опустив палець в чашу зі ртуттю. При опусканні пальця частина ртуті з трубки витекла, але зупинилася в розквіті, з урахуванням частки ртуті рівної саме 32 футам водяного стовпа. Гіпотеза Галілея було підтверджено, а пляшечку від поверхні ртуті став безповітряним простором і зрештою отримав згодом назва «торичеллиевой порожнечі». Ця порожнеча зіграє своєї ролі у розвитку науки про електриці, але згодом, при побудові першої електричної машини.

На 1650 року за досліди з вивчення порожнього простору береться дуже багата людина, бургомістр міста Магдебурга Отто фон Герике, Що штовхало дослідника до проведення дорогих дослідів, видатки які й банкрутом не хотів відшкодовувати?

Послухаємо самого Герике.

«Здавна філософи жорстоко сперечалися друг з одним щодо порожнечі: може бути він і що робить, й у завзято захищав прийняте якось думка. І зажегшееся у моїй умі прагнення дізнатися істину у цьому поки ще спірному предметі були ні заснути, ні погаснути, отже спробував зробити певний дослідження цього питання. Це було зроблено в різний спосіб, і не виявилася безплідною, оскільки я винайшов кілька машин щоб виявити цієї завжди отрицаемой порожнечі» [3].

Порожнечу Герике намагається отримати інакше, ніж Торічеллі. Він конструює механічний вакуум-насос, аби з допомогою нього створити порожнечу у дерев'яній бочці. Але він не досяг високого вакууму, а бочка була розчавлена атмосферним тиском. Вражений силою цього тиску, Герике пробує його виміряти. І тому з кутої міді він майструє посудину сферичної форми, що з двох півкуль, згодом названих магдебургскими (рис. 1). Із двох сложенных разом і не стягнутих половинок выкачивался повітря. Потім їх намагалися розняти у різний спосіб. Часто досліди носили демонстраційний характер. Дві упряжки цугом намагалися розірвати півкулі, здушені атмосферним тиском. Це їм дуже вдавалося. Однак і суто наукові досліди зі спробою точно визначити цю силу.

Полушария діаметром близько 36 див на установці, зображеною на рис. 2, розривалися зусиллям 2 686 фунтів (т. е. більше).

У процесі дослідів Герике спадає на думку перевірити, а чи не атмосферне чи тиск бере участь у процесі притягування й утримання деяких натертих предметів, недавно що вивчались Гільбертом. Ідея була нова. Ще Дж. Кардано (1501–1576), математик і лікар, припустив таке: сила тяжіння натертого бурштину полягає в тому, що з натирании бурштину з його пір виходить щось схоже газам, потім у порах настає розрідження, а що він охолоджується, то закінчення повертаються до янтарю і, притискаючись що з легкими предметами щодо нього, діють як і, як кровососная медична банку під впливом сили вогню. (Нині чомусь невикористовуваний спосіб лікування. – Б.Х.). Гільберт перевірив гіпотезу Дж. Кардано, нагрівання бурштинову паличку. «Однак під впливом сили вогню» притягати легкі предмети бурштин «як хотів» [4]. Було це щось інше. І Герике вирішує це дізнатися.

Електрична машина?

Отто Герике був охарактеризований першим інженером, котрий почав при проведенні електричних експериментів, тому немає нічого надзвичайного у цьому, що вона відразу намагається якось полегшити стомлюючий працю при натирании тіл. Адже тертя було єдиний засіб электризации при дослідженнях у ті часи. І тому створює пристрій, яке називає «globus machinuale accomodation», тобто «кулю, пристосований як машинки».

Ось як описываетсть візьме скляний балон, завбільшки з дитячу голівку, наповнить його растолченной сірою економікою та розплавить її; по охолодженні розіб'є балон, вийме і збереже сірчаний кулю в сухому місці. Якщо хочете, за кулі просвердлити отвір, щоб зручно було крутити його за уставленому залізному стрижні, як у осі» [5]. Зовнішній вид пристрої з старовинної гравюрі наведено на рис. 3. Розміри його приблизно відповідали розмірам сучасної домашньої швейної машини, скопійовано він був, швидше за все, з настільного точила, застосованих тоді ремісниками.

Для натирання кулі експериментатор, судячи з опису, користувався обома руками. Оскільки на осі кулю сидів вільно, то однієї рукою, тримаючись за кулю, дослідник робив зворотно-поступальні руху, чи, що менше мабуть, крутив його. Куля натирався долонею інший руки. Після натирання кулю з віссю знімався з підставки і використовувався як джерело електричних зарядів.

Назвати таке завдання машиною не можна, вона у принципі нічим не відрізняється від мисливського рожна для зажарювання дичини на вогнищі, на відміну точила, де вращаемый абразивний коло був складовою частиною установки. Після натирання сірчаного кулі і зняття її дослідів від установки залишалися лише дві рогатки-штатива. Тож до повідомленням в історичної літературі у тому, що Герике створив найпершу електричну машину, слід ставитися обережно. Проте, з допомогою такий примітивною установки Отто Герике робить у науці про електриці ряд великих відкриттів.

При натирании кулі дослідник зауважив, що обертався сірчаний кулю відразу притягував папір, пір'я та інші легкі предмети, захоплюючи за собою. Потім вони зривалися і розліталися врізнобіч. Та перш ніж можливість перейти до відкриттям, спробуємо вирішити низка запитань, які виникають за уважному вивченні установки. Наприклад, чому для експериментів Герике використовує кулю з сірки, а чи не скляний, який століття будуть широко запровадити у електричних машинах наступні покоління дослідників? Адже порожній скляний кулю більш легкий, гигиеничен та й дешевий!

Питання негаразд складний, як здається. Адже до Герике був лише одне авторитет у сфері электризации тіл – У. Гільберт. У його праці можна прочитати, що бурштин, гагат, сірка «притягають після легкого тертя. Вони сильніше звуть й довше утримують. Алмаз ж, скло і інших більш твердих каменів потрібно спочатку нагріти, потім довше натирати і тільки тоді ми вони починають добре притягати». Гільберт щодо скла помилявся, але думка електрика номер один очевидно та обумовила вибір Герике [4, з. 95–96].

І це чому Герике вибрав як натираемого предмета кулю, а чи не циліндр чи диск, залишається тільки припускати. Втім, відповідь можна надати з досить високою ймовірністю. Герике, швидше за все, зробив електричну «тереллу» (модель Землі, глобус), точно як і, як Гільберт для дослідів виготовив магнитмогла пояснити причин появи центробіжних наснаги в реалізації астрономії, наприклад Землі до Сонцю. Їх взаємне тяжіння намагалися пояснити наявністю вони електричних і магнітних сил. Ньютону тим часом було лише 17 років, і по відкриття Закону всесвітнього тяжіння було ще далеченько.

Проте, поява сірчаного кулі Герике слід вважати великим кроком уперед, у справі вивчення проявів електрики. Давно помічено, що переходи налаштувалася на нові параметри досліджень (вищі або як низькі температури, потенціали чи тиску) дають нові історичні факти для дослідників та призводять до новим відкриттям. Адже у вигляді установки наскільки простіше й ефективніше стало натирати сірку, ніж робив Гільберт, натираючи шматочки чи кристали сірки та інших каменів.

Зауважимо, проте, що ілюстрації, наведені Герике, ні точні, до них треба ставитися обережно. Річ у тім, що малюнки дано без дотримання масштабів, і кулю «завбільшки з дитячу голівку» на зображенні вдвічі більше голови п'ятдесятилітнього вченого. Та й кулю, важить близько 40 кілограмів, так зовсім неважко дослідник не тримав над головою.

Головний досвід

Механизировав процес натирання і збільшивши натираемый предмет, Герике отримав борошна понад потужним джерелом електричних зарядів (термін з'явиться через100 років!). Заодно він відразу ж потрапити виявляє ніким не описане і незрозуміле явище. Пташине пір'їнку натертий кулю активно притягнув, але потім також різко відкинув. Экспериментатор взяв це пір'їнку рукою та знову підніс до кулі. Хоча кулю вдруге не натирався, знову притягнув і відкинув перо! Було з чого замислитися!

Герике вирішує з'ясувати, а скільки часу може мати відразливої силою натертий сірчаний кулю? Він натирає кулю, знімає його з остова встановлення і підносить щодо нього пір'їнку.

Воно звично притягається і відразу відштовхується, зависаючи повітря. Дослідник намагається піднести знову щодо нього кулю, але перо, не торкаючись кулі, знову відлітає на деяке відстань. Якщо наблизити кулю знизу, можна було змусити пір'їнку підніматися вгору й за переміщати їх у в будь-якому напрямку. Герике запише згодом: «пір'їнку можна було носити у всій кімнаті».

До нас дійшло графічне відображення досвіду. Воно наводиться у всіх публікаціях, присвячених історії електрики, та ось у більшості їх чомусь немає одне з найважливіших елементів експерименту – пташине пір'їнку. Ми наводимо повне відображення малюнка, де що витає пір'їнку позначений грецької буквою «альфа» (рис. 1).

І так було зроблено одне з найбільших відкриттів у сфері електрики: електрична сила, як і магнітна, може бути лише яка притягувала, а й відразливої.

Не усе було просто під час проведення дослідів. Парящее повітря пір'їнку знову притягалося сірчаним кулею, коли воно випадково стосувалося стороннього предмета, чи це підлогу, стіна чи ніс експериментатора. Коли наближали до ширяючому пір'їнці запалену свічку – той самий. Це було незрозумілим. Експеримент поставив більше питань, що дав відповідей. Одне було зрозуміло – причина електричного тяжіння тіл, зазначена Гільбертом, тобто витікання чогось там з натираемых тіл, створення там вакууму і далі тяжіння легких предметів, не є сила, викликане порожнечею.

Цікаво зазначити, про досвіді по парению заряджених тіл в електричному полі, зроблене Герике, згадали через 250 (!) років, щоб із використанням нової експериментальної техніки дати відповідь питанням величину електричного заряду електрона. І це зробити порівняно просто.

Американський фізик Роберт Милликен в 1906 р. припустив, що й розмістити у електричному полі заряджену найменшу капето можна визначити величину електричного заряду цієї крапельки. Він зробив установку, спрощений вид якій зображений на рис. 2.

У спеціальну камеру пульверизатором П подаються дрібні крапельки рідини (олію, ртуть), які заряджаються тертям про сопло пульверизатора. Потім окремі краплі потрапляють між двох пластин зарядженого повітряного конденсатора До. Через мікроскоп М спостерігають руху крапельок. Вага крапельок обчислюють, визначаючи під мікроскопом їх діаметр при відомому питомій вазі. Знаючи напруженість електричного поля і сила, утримуючу крапельку в підвішеному стані (рівну вазі), можна було збагнути величину заряду. Милликен не ототожнював крапельки рідини з електронами.

Він просто визначав електричні заряди крапельок події і виявив, що це заряди ДИСКРЕТНЫ, т. е. не безупинні, а кратні. Мінімальний заряд, що тільки можна було отримати, мав відповідати відповідно до атомної теорії заряду електрона.

«Установка Милликена для виміру заряду електрона дала настільки переконливі результати, що противники атомної теорії змушені були здатися» (Мітчел Уїлсон. Американські вчені України і винахідники. М., «Знання», 1964 р., з. 111).

Численні досліди, але тільки Милликена, сприяли фундаментального результату: тіло може брати чи віддавати електричний заряд лише порціями ЦЕЛОЧИСЛЕННО КРАТНЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМУ ЗАРЯДУ, РАВНОМУ 1,6 x 10-19 кулонів. Попри незліченні спроби,

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація