Эксперименты Франклина с лейденской банкой

Эксперименты Франклина с лейденской банкой

Известие об изобретении лейденской банки было настолько ошеломляющим, что оно в мгновение ока облетело Европу, и опыт повторялся повсюду. Для просвещения французского короля опыт был произведен на цепи из ста восьмидесяти взявшихся за руки гвардейцев. При электрическом разряде все 180 человек высоко подпрыгнули, словно собираясь маршировать в воздухе. В парижском монастыре семьсот монахов, взявшись за руки, повторили тот же эксперимент. Подобно вороху желтых листьев, подхваченных ветром, все семьсот монахов разом подскочили. Устраивались общественные демонстрации, и смельчаки из публики рвались на себе испытать действие электрического разряда. Электричество стало самым модным зрелищем сезона. Франклин присутствовал на одной из таких публичных демонстраций в Бостоне. Она пробудила в нем интерес к электричеству.

Электростатическая машина, изображенная на рисунке слева, описана в книге Джозефа Пристли об электричестве. Пристли написал эту книгу по совету Франклина. Машиной, изображенной справа, Франклин пользовался в своих опытах.

Осенью 1746 года Франклин выписал из Англии необходимое оборудование и следующей весной приступил к опытам. Он начал работать, имея в своем распоряжении лишь ту скудную информацию, какая изложена выше.

Лейденская банка, которую применял Франклин в опытах, представляла собой обыкновенную закупоренную бутылку с водой. Металлический стержень, пропущенный через пробку, был погружен в жидкость. Некоторые экспериментаторы завертывали бутылку в металлическую фольгу.

Франклин поставил перед собой задачу, решением которой никто до него не занимался: выяснить, какая часть этого с виду простого аппарата из стекла, металла и воды служит резервуаром для электрической энергии. Металлический стержень, вода или бутылка? Или их сочетание? В то время даже если бы кто-нибудь задался таким вопросом, то наверняка не знал бы, как приступить к его решению. Впрочем, и спустя двести лет после Франклина многих подобный вопрос поставил бы в тупик. Последовательный подход Франклина к его решению был гениально простым: «Чтобы узнать, где именно аккумулируется энергия, мы поместили наэлектризованную бутылку на стекло, вынули пробку со стержнем. Затем взяли бутылку в одну руку и поднесли палец другой руки к отверстию в горлышке. Из воды выскочила сильная искра… Это доказывает, что энергия собирается не в стержне».

Таким образом, один возможный ответ отброшен.

«Затем, чтобы проверить, не собирается ли энергия в воде… как нам казалось раньше, мы снова наэлектризовали бутыль». На этот раз Франклин и его помощник вновь вынули пробку со стержнем и перелили воду из наэлектризованного сосуда в другой сосуд, не подвергавшийся электризации. Если бы заряд находился в воде, второй сосуд испускал бы искры. Этого не произошло.

«…Тогда мы рассудили, что электрический заряд либо исчезает при переливании воды, либо остается в первой бутыли. Второе оказалось верным, так как при прикосновении к бутыли вылетали искры, хотя наполнена она была обычной ненаэлектризованной водой из чайника».

На этом этапе исследования, пожалуй, ни один человек из сотен тысяч не стал бы ломать голову над новым вопросом; собирается ли заряд в бутыли благодаря ее форме, или же благодаря тому, что она сделана из стекла? Тут снова мог возникнуть вопрос: возможно ли это проверить?

Франклин взял кусок простого оконного стекла и по краям его поместил тонкие полоски свинца. Это несложное устройство было наэлектризовано. Затем по очереди снял со стекла обе свинцом вые полоски и проверил. Изолированный от стекла свинец не давал искры. Но стоило прикоснуться к стеклу, как возникало множество искр. Таким образом Франклин пришел к конечному выводу: свойство собирать электрический заряд присуще стеклу.

Франклин первый доказал, что искра выделяет тепло. Разряд лейденской банки между электродами F и G заставлял подниматься столбик ртути в термометре а.

Доказательство того, что электрический заряд собирается в диэлектрике, спустя столетие легло в основу работы Максвелла, создавшего теорию электромагнитных волн, которая, в свою очередь, привела к изобретению радио. Франклин, исходя из того же опыта, изобрел электрический конденсатор, один из наиболее важных приборов электрической цепи, который применяется сейчас в каждом радиоприемнике, телевизоре, телефоне, радиолокаторе, циклотроне.

До Франклина в науке главенствовала теория о существовании двух различных видов электричества, получивших довольно туманные названия смоляного и стеклянного. Франклин заявил, что есть только один вид электричества, что оно не возникает и не исчезает при трении или любом другом действии, а находится в скрытом состоянии в материи. Более того, Франклин утверждал, что электричество, по всей вероятности, состоит из «мельчайших частиц», которые могут проникать внутрь металлов с такой же легкостью, с какой газ распространяется в атмосфере. Дж. Дж. Томсон, который впоследствии открыл электрон и заложил основу современной электронной теории, отзывался о Франклине с таким же восхищением, как и его современники.