Электростатическая индукция и электрофор в опытах XVIII в.

Вернемся, однако, к опытам Грэя.

В 1735 г. Грэй со своим другом священником Грэнвилом Уилером (1701 —1770) подвесил горизонтально на шелковых шнурах железный стержень диаметром 1/2 дюйм (1,3 см) и длиной 4 фут (1,2 м). К одному концу стержня экспериментаторы подносили наэлектризованную стеклянную трубку, при этом ночью было видно свечение у концов стержня и было слышно шипение. Когда к другому концу один из экспериментаторов подносил палец или щеку, то между концом стержня и пальцем или щекой с шумом проскакивала искра.
Итак, «искрометный» опыт был проведен сначала с человеком (Дюфе), а лишь затем с металлическим стержнем.
В 1729 г. Грэй сделал открытие, которое не сразу было оценено по достоинству. В современных терминах это открытие из области электростатики формулируется так: свободные заряды в электростатическом поле находятся только на поверхности проводников. К подобному выводу Грэй пришел на основании следующего опыта.
Грэй подвесил на изоляторах рядом друг с другом два равновеликих куба из дерева (очевидно, непросушенного): один сплошной и один полый. Поднося наэлектризованную стеклянную трубку между кубами и симметрично над ними, Грэй обнаружил, что и тот и другой кубы одинаково притягивают находящиеся под ними кусочки фольги.
Грэй объяснял свои опыты погружением одних тел в «электрическую атмосферу» других. Предпосылки для подлинного объяснения различных электрических опытов создал Дюфе, который в 1733 г. открыл два вида электричества: стеклянное и смоляное, или, по позднейшей терминологии Бенджамина Франклина (1706—1790), положительное и отрицательное. Франклин исходил из наличия в телах «электрического флюида», избыток которого означает положительный заряд, а недостаток — отрицательный. Знаки зарядов Франклин выбрал на основе визуального наблюдения:       ученому казалось, что электрическая искра выходит из одних тел и входит в другие. Первые он назвал положительно заряженными, а вторые — отрицательно заряженными. Применяемые в наши дня знаки зарядов соответствуют позднейшей номенклатуре. Франклина (ученый изменил свою первоначальную номенклатуру). Теория Франклина получила название унитарной, потому что в ее основу положен электрический флюид одного вида [11].
В 1759 г. английский ученый Роберт Симмер (ок. 1707—1763) опубликовал теорию, согласно которой в любом теле имеется два вида электричества («+» и «—»), а заряд тела обусловлен их избытком или недостатком [12]. Унитарная и дуальная теории соперничали друг с другом с переменным успехом. Характерно, что Франклин не настаивал на исключительности своей теории и оказывал Симмеру техническую помощь с целью выяснения истины.
Рассмотренная выше экспериментальная конфигурация в виде длинного изолированного проводника в поле заряда, расположенного у конца проводника, применялась Джоном Кэнтоном (1718—1772) в 1753 г. и Франклином в 1755 г. [11, с. 135—149]. К концу полого металлического цилиндра подвешивались проводящие нити, оканчивающиеся пробковыми шариками (у Кантона), или пучки влажных нитей (у Франклина). Нити (с шариками) служили индикаторами электричества: при наличии заряда нити расходились. Поднося наэлектризованную стеклянную трубку («+») или сургучовую палочку («—») к концу цилиндра, не снабженному нитями, исследователи наблюдали расхождение нитей на противоположном конце. Из пояснений Франклина следовало, что заряды, возникавшие на концах цилиндра, были противоположного знака.
Свои опыты Кантон провел в связи с исследованиями по атмосферному электричеству: Кантона интересовало, что происходит в изолированных металлических шестах (незаземленных «громоотводах») под действием грозовых облаков, которые имитировались наэлектризованными стеклянной трубкой или сургучовой палочкой. Задача, которую ставил перед собой Кантон, состояла в «дальнейшем подтверждении выводов г-на Франклина о положительном и отрицательном состоянии облаков» [11, с. 135]. Франклин же провел свои опыты «в развитие опытов г-на Кантона» [11, с. 144], будучи явно не удовлетворенным его туманными объяснениями.
Франклин показал возможность зарядки проводника в подобных опытах: пусть произойдет разделение зарядов в проводнике, определяемое по расхождению нитей на обоих его концах. Прикоснемся кратковременно к концу, удаленному от источника заряда, при этом проскочит искра. Тем самым мы отведем заряд с конца проводника в землю, что будет видно по опусканию нитей. Если теперь убрать источник заряда, то нити вновь разойдутся, так как проводник в целом окажется заряженным со знаком, противоположным знаку заряда, отведенного в землю [11, с. 147].
Франклиновские взгляды и методика получили развитие в работах Франца Ульриха Теодора Эпинуса (1724—1802, с 1757 г. в России), который стал вторым профессиональным электрофизиком Петербургской Академии наук после Г.-В. Рихмана (1711 —1753) , погибшего при исследованиях атмосферного электричества.
Эпинус четко описал разделение зарядов в проводниках при электростатической индукции, иллюстрируя это явление следующим опытом: «Надлежит повесить на шелковых нитках или поставить на стеклянных подставках какую-нибудь металлическую призму и к одному ее концу должно принесть стеклянную трубку или трением наэлектризованный серный цилиндр, и в расстоянии двух или одного дюйма неподвижно держать; тогда увидишь, что все сие тело будет иметь электрическую силу; но притом одна сторона — положительную, а другая — отрицательную» [13, с. 400]. У Эпинуса встречается важное замечание, связанное с современным понятием электрической емкости. Ученый пишет о соприкосновении заряженного проводящего тела А с незаряженным проводящим телом В: «Если тело В будет очень большим по сравнению с телом А или если В будет соединено с земным шаром через посредство других тел, неэлектрических по своей природе [т. е. проводников — Л. К.], то электричество поглотится (...)» [13, с. 194].
Страница 2 из 3«««123»»»
Опубликовано: 4 Апреля, 2015  20:45 Просмотров: 2950 Печать
Поделиться
Значки
Быстрый выбор издания
Поиск по сайту
Поиск по оглавлениям журналов