kategorier: Udvalgte artikler » Interessante fakta
Antal visninger: 22391
Kommentarer til artiklen: 1
De første skridt til at opdage superledelse
Artiklen blev skrevet specifikt til 250-årsdagen for DISCOVERY of frysning af kviksølv.
jeg
St. Petersburg Academy of Sciences, åbnede i 1725. måtte bare blive på samme tid en leder i studiet af koldfysik. ”Arten af vores lokalitet er overraskende gunstig til at gennemføre eksperimenter med kulden,” skrev G.V. Kraft, en af de første professorer i Petersborg. Han advarede dog straks om, at der i kuldeens natur er meget ukendt. ”Indtil nu er de førnævnte kvaliteter indhyllede i et sådant mørke, at det tog dem flere år at belyse, og måske var der behov for et helt livhundrede og ikke kun en, men mange indsigtsfulde gaver.” Han havde ret. [1]
Akademierne i England, Italien, Frankrig, Tyskland, Holland og endda Sverige ligger i en stribe af mildt klima. Teknologisk er det lettere at få høje temperaturer til eksperimentelle behov end kulde. Selv i antikken kunne mennesket modtage høje temperaturer, der er tilstrækkelige til smeltning af jernmalm. Men før han lærte at kondensere gasser, var det meget problematisk at få lav. Kun i 1665 fysiker Boyle var i stand til kun at reducere temperaturen på den vandige opløsning med et par grader. Det opnåede han ved at opløse ammoniak i vand.
Og hvorfor har folk så brug for lave temperaturer? Først og fremmest for forskere at kalibrere termometre brugt til meteorologiske målinger, hvor der hidtil er ukendte temperaturer for gamle tidtagere. Det var producenterne af termometre, der begyndte at vælge sådanne stoffer og opløsningsmidler, der ville sænke temperaturen i opløsningerne så meget som muligt. En sådan komposition blev opfundet af den hollandske mester af videnskabelige instrumenter D. Fahrenheit. Han anbefalede brugen af knust is til dette formål, hvor koncentreret salpetersyre ville tilsættes. I Rusland begyndte en sådan sammensætning at blive kaldt nysgerrig.
Vinteren 1759-1760 i Skt. Petersborg viste sig at være meget is. Allerede den 14. december skete der en ekstrem kulde, som aldrig før var blevet bemærket på akademiet. På denne dag stillede akademiker Joseph Adam Brown til rent videnskabelige formål sig selv spørgsmålet “Hvor meget kan denne naturlige forkølelse multipliceres med kunst”. Til dette formål brugte han hollandsmandens sammensætning, skønt han i stedet for knust is brugte gadesnø med en omgivelsestemperatur. Han anbragte sneen i et glasbeholder, hældte lidt salpetersyre og indsatte et kviksølvtermometer i denne ædle stof. Efter et stykke tid tog han termometret ud og ”fandt med glæde, at det ikke var beskadiget, men kviksølvet var stadig”. [2]
Hvad glædede Brown sig over? At termometeret ikke er afrundet? Nej, han begyndte lige at mistænke for, at kviksølv var frosset i termometerrøret. Og det var en sensation! Ikke en eneste videnskabelig afhandling gennem tidene har rapporteret, at kviksølv kan være solidt. Her kan man f.eks. Læse i en tidsbog for malmgruvearbejdere: ”Dette mineral er ikke anderledes i udseende end smeltede metaller, men de fryser i sådan varme, hvorfra mange ting fyrer, og kviksølv kan ikke fryse i den mest alvorlige frost” . Bemærk, at forfatteren af lærebogen, MV Lomonosov, ikke engang betragter kviksølv som metal. [3]
Titelside af en udskrift af en rapport fra akademiker I.A. Brown på et offentligt møde i St. Petersburg Academy of Sciences
Den overbevisning, som videnskabsmænd dengang havde i dette postulat, var så stor, at den 18. november 1734, da rytterkosakken Salomatov, en observatør ved en vejrstation i Tomsk, rapporterede indefrysning af kviksølv i hans barometer til akademikere Gmelin og Miller, troede de simpelthen ikke på det. De havde en mistanke om, at en uerfaren kosack blot spildte kviksølv, fordi "han tog det ikke omhyggeligt ud og rystede, ellers kunne det ikke ske, for selv om frostene var uforlignelig mere alvorlige, frysede kviksølvet ikke." Videnskabsmænd var så sikre på deres uskyld, at i stedet for angiveligt spildt blev der sendt seks mere kviksølvsruller til kosakken. Af akademikere vil vi huske navnet Miller, vi vil stadig møde det. [4]
Men tilbage til St. Petersborg-eksperimenterne. Så ”skrev Brown senere,” jeg var ”sikker på, at kviksølvet i termometeret blev solidt og bevægelsesfrit fra kulden og derfor frøs”. Det hele var så uventet, at han besluttede at straks rapportere nyheden til sine kolleger. Hurtigt samlet videnskabsmænd besluttede, at når det blev udført gentagne eksperimenter, var det nødvendigt at bryde termometeret og visuelt verificere fait accompli. Til dette formål blev der bestilt en ny bunke termometre på akademiets værksted.
De kunne først starte eksperimenterne den 25. december, "for det krævede antal termometre var snart umuligt at gøre." Foruden Brown startede akademikerne M.V. Lomonosov, F.U.T. Epinus, I.E. Zeiger og farmaceut I.G. Model eksperimenterne. Hver af deltagerne, der gentog Browns tricks, modtog fra de ødelagte termometre søjler af massivt kviksølv i form af en tråd, "som sølv" og en kviksølv "kugle" i slutningen. Trådene blev let bøjet, og "kuglen" blev let udfladet af slagene i øksestumpen, fordi "den havde hårdheden af bly eller tin". Zeiger sagde senere, at han så ud til at høre hende ringe. Alle egenskaber ved metallet var tydelige, derfor var kviksølv et metal, og prioriteringen af opdagelsen af dette faktum hører til Rusland.
Eksperimenterne i Skt. Petersborg gjorde en sensation i den videnskabelige verden. Aviser og privat korrespondance fra videnskabsmænd var langt foran de officielle rapporter fra Akademiet, og derfor blev der foretaget alvorlige fordrejninger, især om hovedpersonernes rolle. Navnet på opdageren blev ikke navngivet korrekt, hvilket førte til en stor skandale på Akademiet. På initiativ af Lomonosov blev organiseret en særlig undersøgelse af kontoret. De fandt den skyldige - det var akademikeren Miller, der "skrev til Leipzig på vegne af akademiet og uden hendes viden, angiveligt begyndelsen på dette eksperiment kom fra professorer Zeiger og Epinus, og Brown, angiveligt lejlighedsvis måtte finde et perlekorn som en hane." Til dette blev Miller kritiseret skarpt af kolleger på et kontormøde. Tilfældet for videnskab er næsten typisk. [5]
Efterfulgt af svar fra andre forskere. "Opdagelsen af professor Brown af største betydning," skrev Leonard Euler, "og det gav mig særlig glæde, fordi jeg altid troede, at varme er den sande årsag til den flydende tilstand af kviksølv."
Resultaterne af vintereksperimenterne fra Kansleriet for Akademiet blev anerkendt så vigtige, at deres resultater blev besluttet offentliggjort på Akademiets offentlige møde ved den højtidelige fejring af navnebror til kejserinde Elizabeth Petrovna. Åbningsrapporterne blev bedt om at blive lavet af hovedpersonerne i åbningen: I.A. Brown på tysk og M.V. Lomonosov på russisk. Den første rapport blev kaldt "På den forbløffende kulde, den producerede kunst", den anden - "Ræsonnement omkring kroppens hårdhed og væske". Rapporternes tekst blev besluttet at blive udstedt i separate stempling, som derefter blev trykt i mængden på 412 eksemplarer hver og nu kan findes i landets hovedbiblioteker.
Browns fortjeneste i fysikens historie er nu respekteret af efterkommere. Men hvad der var fordel ved Lomonosov vides hverken landsmænd eller udenlandske forskere. Og der er noget at læse om. Men inden vi taler om dette, vil vi give en ny gennemgang af opdagelsen af russiske videnskabsmænd, der blev gjort tilbage i 1763: "Den mest bemærkelsesværdige af alle opdagelser i de sidste tre år er etableringen af, at kviksølvsmeltning er kendt." [6]. Disse ord hører til en af grundlæggerne af videnskaben om elektricitet, den store amerikaner B. Franklin. Hans vigtigste arbejde, "Eksperimenter og observationer af elektricitet", var velkendt af russiske forskere, gentagne gange citeret af G.V. Richman og M.V. Lomonosov i deres skrifter.
III
Franklins arbejde er en samling af hans breve adresseret til andre lærde. Her beskrives eksperimenterne udført af forfatteren i den nye verden og de teoretiske konstruktioner af forfatteren i rækkefølge. Han var en af de første, der begyndte at anvende den nu kendte elektriker til udtrykket leder, introduceret af den engelske forsker T. Desagulier. I et af disse breve, 1751.du kan læse følgende: den eneste forskel mellem ledere og ikke-ledere er "kun at nogle af dem leder elektrisk stof, mens andre ikke gør det." Og videre: ”Kun metaller og vand er ideelle ledere. Andre organer udfører kun i det omfang de indeholder urenheder af metaller og vand. ” [7]
Senere blev der lavet en fodnote til dette brev, der blev offentliggjort i Franklins essay, om at denne regel ikke altid overholdes, og forfatteren citerer sagen, når den engelske videnskabsmand “Wilson opdagede, at voks og smeltende harpiks får evnen til at lede”. Imidlertid var Franklin selv stødt på en mærkelig kendsgerning: ”Et tørt stykke is eller en istappe i et elektrisk kredsløb forhindrer stød, hvilket ikke kunne forventes, da vand perfekt overfører det.” Her taler vi om eksperimentatorens stødelektriske stød, når en ladet bank i Leiden udledes gennem den. Isen opførte sig i en kæde som en isolator. [7, s. 37.]
Nu er vi klar over, at metaller har elektronisk ledningsevne, andre stoffer - ioniske, hvilket er meget afhængig af deres temperatur.
Så måske på denne måde at teste kviksølv? Når alt kommer til alt, hvis frosset kviksølv leder elektricitet, er det bestemt metal. Kun Big Scientist kunne stille sig et sådant spørgsmål. Og vi ved stadig ikke, om han kun ville finde ud af dette spørgsmål, men en sådan oplevelse blev gjort af vores store landsmand M.V. Lomonosov. En kort beskrivelse af dette eksperiment findes i den tredje bind af det komplette værk af hans værker. Der er også vist en tegning af dette eksperiment. Jeg må sige, at figuren ikke viser en elektrisk maskine og en elektrisk markør (elektrometer), men deres tilstedeværelse antydes af teksten. [8. s.407]
Lomonosovs egne tegninger til eksperimenter med frysning af kviksølv. Figur 5 viser en kugle af frosset kviksølv og dens deformationsgrad efter smedning Figur 6 viser oplevelsen i den elektriske ledningsevne af kviksølv og en varm jerntråd. 7 viser et frossent rør af et kviksølvtermometer. Luftbobler vises.
Et U-formet glasrør med kviksølv blev faldet ned i et glasbeholder med frysemateriale, hvori jerntrådene blev frosset på begge sider. Den ene ledning var i kontakt med lederen af en elektrisk maskine, den anden med et elektroskop. Da den elektriske generator begyndte at generere elektricitet, viste elektrometret straks sin tilstedeværelse på en ledning placeret efter frosset kviksølv. Flydende og frosset kviksølv viste sig at være ledende som alle de kendte metaller på det tidspunkt. Det sidste punkt i beviset for, at kviksølv er et metal, blev nøjagtigt sat af M.V. Lomonosov. Den nøjagtige dato for denne begivenhed er ukendt, men den var i januar 1760. Vi bemærker endnu en subtilitet af eksperimentet. I sektionen af det elektriske kredsløb mellem fast kviksølv og elektrometret lyser eksperimentøren rødglødende jerntråd med stearinlys. Konklusionen er utvetydig: "Elektrisk kraft virker gennem frosset kviksølv og gennem varmt jern."
Og denne konklusion var ny for dengang videnskab. Det var på dette tidspunkt, at verdensvidenskab begyndte at forstå afhængigheden af alle organers elektriske ledningsevne af deres temperatur. I 1762 Franklin vil beskrive oplevelsen af Charles Cavendish (far til den kendte Henry Cavendish), der gennemførte en undersøgelse af glasets elektriske ledningsevne afhængigt af dens temperatur. Det viste sig, at et forholdsvis stærkt opvarmet almindeligt glas bliver ledende. Det var meget lettere at organisere denne oplevelse end Lomonosovsky. Når alt kommer til alt var opvarmning af et glasrør med elektroder loddet i glas meget enklere end frysning af kviksølv. Men denne oplevelse, Franklin, der kalder den "meget vittig", tilføjer: "Det er kun tilbage at ønske, at denne ædle filosof skal informere menneskeheden mere om sine oplevelser." Naturligvis blev Lomonosovs eksperiment på den elektriske ledningsevne af frosset kviksølv gentagne gange gentaget af andre, men senere, da der i vestlige lande kun kunne udføres forsøg med frysning af kviksølv efter årtier. [7. s.206]
Følelsen af åbningen i Skt. Petersborg aftog snart, ingen kunne gentage eksperimenterne i hot pursuit, og resultaterne af det elektriske eksperiment blev glemt i lang tid, ikke kun i Vesten, men også i Rusland.Lomonosov forberedte tilsyneladende en fuld beskrivelse af dette eksperiment til sin "Teori om elektricitet, matematisk angivet", som han arbejdede med siden 1756, men forblev ufuldstændig. Efter begivenhederne beskrevet af den store videnskabsmand i 1762 og 1763 bragte han næsten sygdommen til graven, og han levede kun indtil 1765. Derudover gav store problemer på akademiet ikke tid til kreativt arbejde i de sidste leveår. Naturligvis forblev hans arbejde på tryk i mængden af 412 eksemplarer. Desværre skete en uværdig videnskabshistorie hende.
I "History of the Imperial Academy of Sciences", skrevet af akademikeren P.P. Pekarsky i 1873. Du kan læse følgende. ”Dette arbejde fra vores akademiker led en mærkelig skæbne - det blev glemt at blive inkluderet i de mest almindelige udgaver af indsamlede værker, så det blev derefter trykt igen en gang i 1778-udgaven, og som nu er en bibliografisk sjældenhed. Det er ikke overraskende, at Lomonosovs "Ræsonnement" vedrørende hårdhed og kropsvæske ikke findes i nogen gennemgang af senere lærde. ” [8], [9]. (Kursiv vores B.Kh.)
Skæbnen er faktisk mere end mærkelig. I betragtning af at M.V. Lomonosov havde mange fjender, kan det antages, at mærkeligheden var bevidst. Blandt hans værste fjender lister encyklopædet Brockhaus og Efron også den allerede kendte akademiker G.F. Miller, der tjente i perioden fra 1757 til 1765 som permanent sekretær for St. Petersborg Akademi. Vi husker, at han ikke svarede på beskeden om indefrysning af kviksølv i 1734, så giver han forkerte oplysninger i udlandet, som han havde store problemer med. Det kan antages, at af grunde, der var ukendt for os, var det han, der kunne få dette værk til ikke at fange øje med forlagene. Han holdt trods alt korrespondance mellem akademiet og referatet fra alle møder, og deres arkiver og for at udføre gerningen ville ikke have skabt ham vanskeligheder. Desuden skriver det samme encyklopædi om Miller, som om han "ikke altid viste sig at være upåklagelig i sine forhold til sine medlemmer".
Akademikeren V.I. Vernadsky, der beskriver Miller, skriver, at han "ikke var skaberen af det nye inden for teoretisk og videnskabelig tanke, ligesom Euler eller Lomonosov, men ligesom dem var han gennemtrængt af en dyb forståelse af den videnskabelige metode, han mestrede den sagkyndigt." Måske var det bare en misundelse af talent, og dette er bare vores gæt. Men hvad der skete, skete. [10]
IV
Misforventningerne i dette arbejde fra Lomonosov slutter ikke der. I perioden fra 1768 til 1900 blev syv udgaver af hans indsamlede værker udgivet, og dette værk var ikke inkluderet i nogen af dem. Kun i femte bind af den akademiske publikation i 1902. dette arbejde fra en videnskabsmand så lyset. Teksten blev imidlertid kun trykt på russisk, og tegninger og tegninger blev ikke gengivet, uden hvilke teksten til ”Ræsonnementet” var uforståelig. Så et af hans mest interessante værker faldt ud af syne af forskere af Lomonosovs arbejde.
Siden 1940 begynder USSR Academy of Sciences at udgive Lomonosov-samlinger, der indeholder nyligt fundne materialer og artikler om hans videnskabelige aktiviteter. Kryogene eksperimenter af Brown og Lomonosov forstås også i nogle. Der er ingen nye oplysninger om elektrisk oplevelse i dem. [11, 12] Endelig til 250-årsdagen for fødslen af russiske fysikere (de var i samme alder) af M.V. Lomonosov og G.V. Rikhman, A. A. Alekseevs bog "Emerging of the Science of Electricity in Russia". I denne oplevelse nævnes slet ikke. Men spørgsmålet opstår ubønhørligt, hvad er målene, som forskeren har sat, idet de starter kryogene elektriske eksperimenter. Er der noget, du kan finde i spørgsmålet om interesse for os? [13]
Der var bestemt noget i videnskabsmandens arkiver. Men dette arkiv "ved den højeste kommando" blev forseglet af grev G. Orlov og beordrede selv, at det skulle sorteres. Det er ikke velkendt, hvor og hvor, men fundene er meget mulige. De resterende dokumenter kan findes i videnskabsmandens komplette værker på 11 bind.Der er få russiske forskere, hvis arbejde ville blive forfulgt af videnskabshistorikere så bredt og vedholdende som Lomonosov og alle hans værker blev gennemgået og revideret, og der var ikke meget håb om at finde noget nyt. Men den, der søger, finder.
Det vides, at MV Lomonosov oversatte til russisk den første lærebog til universitetet ”Wolfian Experimental Physics”. Det blev offentliggjort i 1746. og det blev pålagt at udskrive det igen - “til salg er alt tabt”. I marts 1760 Det blev besluttet at offentliggøre det ved anden prægning. Lomonosov forstod, at lærebogen mellem udgaverne var temmelig forældet. Lærebogen var presserende nødvendigt, men der var lidt tid. Derfor blev det besluttet at tilføje tilføjelser til den eksisterende tekst. I henhold til forfatteren af "tilføjelserne" skulle de "forklare handlingerne og ændringerne afhængigt af de mest subtile ufølsomme partikler, kroppens komponenter." Under disse partikler kan den moderne læser forstå atomer og molekyler og endda elektroner, men alt sammen skal dette afspejle Lomonosovs system af synspunkter på fænomeners fysik.
Det faktum, at arbejdet med rapporten på akademiet og skrivningen af "tilføjelser" var parallelt på samme tid bevises af kalenderen. Datoen for læsning af rapporten er 6. september 1760, og teksten til "tilføjelser" blev underskrevet af Lomonosov den 15. september samme år. [14]
Nu giver vi de fysiske synspunkter fra den tid på elektricitet generelt: "Elektrisk stof består af ekstremt små partikler, da det er i stand til at trænge ind i almindeligt stof, selv de mest tætte metaller, med stor lethed og frihed." [7, s.53] At elektricitet bevæger sig med ekstrem høj hastighed var velkendt umiddelbart efter opfindelsen af Leiden-dåsen, det vil sige til Franklin.
Nu er det tid til at citere fra Lomonosovs tilføjelser, der utvivlsomt henviser til vintereksperimenterne fra januar 1760. Vi fremhæver dem specifikt med fed skrift.
”De nyligt fundne elektriske eksperimenter viser, at fremmede stoffer, der bevæger sig med stor hastighed i koldlegems brønde, ikke tænder dem”, dvs. opvarmes ikke. Der er ikke noget mysterium her, det er klart og tydeligt fremmede stoffer Er et elektrisk stof, og kolde kroppe er frosset kviksølv. Husk, at Lomonosov var tilhænger af den kinetiske teori om varme, og der kan du læse det ”Bevægelsen af partikler, de sammensatte organer der er en varmeårsag. [5, s. 436].
Det var alt, hvad der blev fundet. Men det er meget værd. Nu er det klart, at eksperimentatoren, som tilhænger af den kinetiske teori om varme, forventede en stigning i temperaturen på kviksølv. På grund af det faktum, at han ikke kunne have termometre til sådanne temperaturer, ventede han tilsyneladende med smeltning af kviksølv. Dette skete ikke. Derfor denne konklusion.
Det skal siges, at den tids videnskab havde ingen idé om bevægelsen af elektriske ladninger (elektrisk strøm). Lomonosov mener, at elektrisk stof bevæger sig gennem kviksølv under driften af en elektrisk maskine hele tiden. Det var det ikke. Gennem det frosne kviksølv var der kun brug for en lille mængde elektricitet for at oplade den ledning, der forlod kviksølvet. Ellers ville Lomonosovs konklusion betyde, at frosset kviksølv har superledningsevne.
Superledelse af kviksølv ved temperaturer, der er langt lavere end dem, der blev fundet af Lomonosov i 1911. Leiden professor Kamerling-Onnes. Dette skete 150 år efter eksperimenterne i Skt. Petersborg og producerede den samme sensation som dengang i den videnskabelige verden. Nobelprisen kronede med rette det hollandske videnskabs arbejde og skitserede udviklingen af fysik i de kommende år. Men vejen til en sådan opdagelse begyndte i Rusland, og næsten ingen husker dette.
V
Dette år markerer 250 år med kviksølvfrysningsforsøg. Ikke kun denne begivenhed kræver, at vi er opmærksomme på denne kendsgerning. I 2011 markeres tre hundredeårsdagen for fødslen af den store russiske videnskabsmand. Lomonosovs jubilæum markeres af det videnskabelige samfund, og dette er vores bidrag til denne begivenhed.Ikke desto mindre vil jeg bemærke en sådan grimt kendsgerning i vores land som en forsømmelse af vores egne forskere. Næsten alle kender opdageren af den elektriske bue, den russiske fysiker V.V. Petrov. Men ikke alle ved, hvad der blev kendt om denne opdagelse i deres hjemland efter næsten hundrede år og derefter ved et uheld. Vi lærer også om dette eksperiment af Lomonosov, kun i et kvart årtusinde!
Jeg vil gerne give et eksempel på det gamle og gode England. Der i 1700. en bestemt mur, der gnugede et stykke rav, fandt ud af, at gnisten, der skyldes dette, minder ham om lynet. Han var en absolut amatør inden for elektricitet og kunne ikke gentage sin oplevelse i nærværelse af videnskabsmænd, men i lærebøgerne om fysikken i elektricitet og lynbeskyttelse huskes han altid ikke kun af briterne.
Det vides, at Lomonosovs værker næsten ikke påvirkede udviklingen af verdensvidenskab, fordi han ikke oprettede sin egen skole. Men dette er ikke fejlen, men Lomonosovs problemer. Blandt årsagerne her er opmærksomheden på husholdningsvidenskab. Og hun fortjener det! F.eks. Blev sådanne ord om den store russiske videnskabsmand citeret af V.I. vi er ikke vant til at behandle data fra videnskabshistorien på den måde, vi håndterer andre fænomener og fakta på. ” Vores fund bekræfter kun disse ord. [10, s. 323]
Jeg må sige, at der altid hang en mystisk forbandelse over beskrivelsen af denne oplevelse af Lomonosov. Vores forsøg på at rapportere til magasinets redaktionskontor om vores historiske fund fandt ikke engang et høfligt svar, f.eks. Sådan at redaktionens portefølje var fuld osv. Kun tidsskriftet "Elektricitet" rådes til at videresende artiklen til en fysisk journal. Vi nævner også en mærkelig sag, da redaktøren for den russiske afdeling i en af de populærvidenskabelige tidsskrifter om videnskabslivet, da hun blev spurgt om hun modtog en sådan tekst, simpelthen svarede, at deres e-mail blev brudt i disse dage. Tilsyneladende mener hun, at kun papuere bor uden for Moskva-ringvejen.
Ingen respekterer os, hvis vi ikke respekterer os selv.
Se også på elektrohomepro.com
: