Жидкая теория электричества - Fluid theory of electricity

Жидкие теории электричества[1][2] являются устаревшими теориями, которые постулировали одну или несколько электрические жидкости которые считались ответственными за многие электрические явления в история электромагнетизма. В «двухжидкостная» теория электричества, сделано Шарль Франсуа де Систерне дю Фэй, постулировал, что электричество - это взаимодействие двух электрических «жидкостей». Альтернативная более простая теория была предложена Бенджамин Франклин, называется унитарная, или одножидкостная, теория электричества. Эта теория утверждала, что электричество на самом деле представляет собой одну жидкость, которая может присутствовать в избытке или отсутствовать в теле, что объясняет его электрический заряд. Теория Франклина объяснила, как можно снять обвинения (например, Лейденские банки ) и как их можно передать через цепочку людей. Жидкие теории электричества в конечном итоге были обновлены, чтобы включить эффекты магнетизм, и электроны (после их открытия).

Теории жидкости

В 1700-х годах многие физические явления рассматривались в терминах эфир, который был жидкостью, которая могла проникать в материю. Эта идея использовалась веками и была основой представления о физических явлениях, таких как электричество, как о жидкостях. Другими примерами жидкостных моделей 18 века являются модели Лавуазье. калорийность и магнитные жидкости Кулон и Эпин.

Двухжидкостная теория

К 18 веку одной из немногих теорий, объясняющих наблюдаемые электрические явления, была теория двух жидкостей. Эту теорию обычно приписывают Шарлю Франсуа де Систерне дю Фэ. Теория дю Фэя предполагала, что электричество состоит из двух жидкостей, которые могут течь через твердые тела. Одна жидкость несла положительный заряд, а другая - отрицательный. Когда эти две жидкости соприкасаются друг с другом, они производят нейтральный заряд.[3] Эта теория имела дело в основном с объяснением электрического притяжения и отталкивания, а не с тем, как объект может заряжаться или разряжаться.

дю Фэ заметил это, повторяя эксперимент, созданный Отто фон Герике, в котором тонкий материал, такой как перо или лист, будет отталкивать заряженный объект после контакта с ним. дю Фэй заметил, что «листовое золото сначала привлекается трубкой; и приобретает электричество приближаясь к нему; и, как следствие, немедленно отталкивается от этого ".[3] Похоже, это подтвердило Дю Фэ, что лист толкается, когда «ток» электричества течет вокруг и через него.

В ходе дальнейшего тестирования дю Фре определил, что объект может удерживать один из двух типов электричества: стекловидное или смолистое электричество. Он обнаружил, что объект со стекловидным электричеством отталкивает другой стекловидный объект, но притягивается к объекту со смолистым электричеством.[4]

Еще одним сторонником теории двух жидкостей был Кристиан Готлиб Кратценштейн. Он предположил также, что электрические заряды переносятся вихри в этих двух жидкостях.[5]

Теория одной жидкости

В 1746 г. Уильям Ватсон предложил теорию одной жидкости.

11 июля 1747 года Бенджамин Франклин написал письмо, в котором изложил свою новую теорию. Это первая запись его теории.[6] Франклин разработал эту теорию, в основном концентрируясь на зарядке и разряде тел, в отличие от дю Фэя, который сосредоточился в основном на электрическом притяжении и отталкивании.[6]

Согласно теории Франклина, электричество следует рассматривать как движение одной жидкости, а не как взаимодействие двух жидкостей. Тело проявляет признаки электричества, когда в нем содержится слишком много или слишком мало этой жидкости. Поэтому считалось, что нейтральный объект содержит «нормальное» количество этой жидкости. Франклин также обозначил два возможных состояния электрификации: положительное и отрицательное. Он утверждал, что положительно заряженный объект будет содержать слишком много жидкости, а отрицательно заряженный объект будет содержать слишком мало жидкости.[7] Франклин смог применить это мышление, объяснив необъяснимые явления того времени, такие как лейденская банка, базовое устройство хранения заряда, подобное конденсатор. Он утверждал, что проволока и внутренняя поверхность стали заряжены положительно, а внешняя - отрицательно. Это вызвало дисбаланс жидкости, и человек, прикоснувшись к обеим частям сосуда, позволил жидкости течь нормально.[6]

Несмотря на то, что это более простая теория, в течение столетия велись жаркие споры о том, состоит ли электричество из одной жидкости или двух.[7]

Значение теории одной жидкости

Теория одной жидкости показывает значительный сдвиг в том, как научное сообщество думает об электричестве. До теории Франклина существовало множество конкурирующих теорий о функционировании электричества. Теория Франклина вскоре стала наиболее широко принятой в то время. Теория Франклина также примечательна тем, что это первая теория, которая рассматривала электричество как накопление «заряда» откуда-то еще, а не как возбуждение материи, уже присутствующей в объекте.[6]

Теория Франклина также дает основу для обычный ток, представление об электричестве как о движении положительных зарядов. Франклин произвольно считал свой электрический флюид имеющим положительный заряд, и поэтому все мысли были выполнены в настроении положительного потока. Это настолько проникло в сознание научного сообщества, что электричество все еще рассматривается как поток положительных зарядов, несмотря на доказательства того, что электричество, проходящее через металлы (наиболее распространенный проводник), осуществляется через электрон, или отрицательная частица.

Франклин также был первым, кто предположил, что молния на самом деле была электричеством. Франклин предположил, что молния была просто увеличенной версией маленьких искр, возникающих между двумя заряженными объектами. Поэтому он предсказал, что молнию можно формировать и направлять с помощью заостренного проводника. Это было основой его знаменитого воздушный змей эксперимент.

Недостатки теории

Хотя теория одной жидкости ознаменовала собой значительный прогресс в обсуждении электричества, у нее были некоторые недостатки. Франклин создал теорию для объяснения разрядов, аспект, который ранее по большей части игнорировался. Хотя он хорошо объяснил это, он не смог полностью объяснить электрическое притяжение и отталкивание. Это имело смысл в том, что два объекта со слишком большим количеством жидкости будут отталкиваться друг от друга и почему два объекта с существенно разным количеством жидкости будут тянуться друг к другу. Однако не было смысла в том, что два объекта без жидкости будут отталкивать друг друга. Слишком мало жидкости не должно вызывать отталкивания.[3]

Еще одна трудность этой модели электричества заключается в том, что она игнорирует взаимодействия между электричеством и магнетизмом. Хотя в то время эта связь не была хорошо изучена, было известно, что между двумя явлениями существует некоторая связь. Модель Франклина не ссылается на эти силы и не пытается их объяснить.

Хотя теория жидкостей какое-то время была преобладающей точкой зрения, в конечном итоге она была заменена более современными теориями, в частности, которая использовала наблюдения притяжения между токонесущими проводами для описания магнитных эффектов между ними.[4]

Связь с магнетизмом

Ни дю Фэй, ни Франклин не описали эффекты магнетизма в своих теориях, поскольку оба они касались только электрических эффектов. Однако теории магнетизма следовали той же схеме, что и теории электричества. Шарль Кулон описал магниты как содержащие две магнитные жидкости, звуковую и северную, которые могут объединяться для описания магнитного притяжения и отталкивания. Родственная одножидкостная теория магнетизма была предложена Франц Эпинус, который описал магниты как содержащие слишком много или слишком мало магнитной жидкости.[7]

Эти теории электричества и магнетизма рассматривались как два отдельных явления, пока Ганс Кристиан Эрстед заметил, что стрелка компаса отклоняться от магнитного севера при размещении рядом с электрическим током. Это заставило его разработать теории о том, что электричество и магнетизм взаимосвязаны и могут влиять друг на друга.[8] Работа Эрстеда легла в основу теории французского физика. Андре-Мари Ампер, который объединил отношения между магнетизмом и электричеством.[9]

Смотрите также

Общий
Истории

Рекомендации

  1. ^ Теория электричества и магнетизма. Чарльз Эмерсон Карри. стр. 47
  2. ^ Математическая теория электричества и магнетизма. Сэр Джеймс Хопвуд Джинс.
  3. ^ а б c Фаулер, М. (1997). Исторические истоки теорий электричества и магнетизма. из http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/more_stuff/E&M_Hist.html
  4. ^ а б Трикер, Р. А. Р. (1965). Ранняя электродинамика: первый закон циркуляции. Оксфорд: Pergamon Press.
  5. ^ Э. Сноррасон, К.Г. Кратценштейн, профессор экспериментальной физики Петрополя. et Havn. и его исследования электричества в восемнадцатом веке, Издательство Оденсского университета (1974). ISBN  87-7492-092-8.
  6. ^ а б c d Хоум, Р. (1972). Электрическая атмосфера Франклина. Британский журнал истории науки, 6 (2), 131-151.
  7. ^ а б c Университет, Принстон. "Теории".
  8. ^ Университет, Принстон. "Теория Эрстеда".
  9. ^ Университет, Принстон. "Теория Ампера". Архивировано из оригинал на 2015-12-22. Получено 2015-03-24.

внешняя ссылка