В мире науки красота скрывается в простоте. Элементарные эксперименты порой становятся ключом к величайшим открытиям, меняющим представление о Вселенной.
История изучения электричества знает много таких моментов — когда изобретательность и интуиция ученых привели к революционным прорывам. В этой статье мы обратимся к нескольким опытам, заложившим основу для современных технологий, без которых невозможно представить нашу повседневную жизнь.
Эксперимент Ломоносова и Рихмана
Михаил Ломоносов (русский ученый-естествоиспытатель) и Георг Рихман (русский физик немецкого происхождения) в середине XVIII века проводили эксперименты с электричеством, используя «громовую машину». С её помощью они обнаружили, что электричество присутствует в атмосфере даже вне грозовых явлений. Это открытие подтвердило догадку, что молния является проявлением электрических разрядов в небе.
Одним из ключевых экспериментов стал опыт, проведенный в Санкт-Петербурге летом 1753 года, когда учёные пытались вызвать искусственную молнию с помощью пушечной стрельбы. Несмотря на сильный шум, «электрический указатель» не зафиксировал наличие электрического разряда и доказал: гром сам по себе не создаёт электрический заряд. Эксперимент омрачился трагическим событием — Рихман погиб во время грозы в июне 1753 года.
Проведенные исследования привели Ломоносова к разработке научной теории атмосферного электричества, которую он представил на собрании Петербургской академии наук.
Несмотря на давление со стороны религиозных кругов, обвинявших учёных в кощунстве, Ломоносов сумел защитить свои работы. В 1753 году Михаил Васильевич представил доклад, в котором изложил теорию атмосферного электричества.
Исследование русского ученого заложило основы научного понимания электрических процессов в атмосфере и соответствует многим современным представлениям о природе молнии.
Эксперимент Томаса Юнга
До начала XIX века ученые считали, что свет состоит из маленьких частиц — корпускул. Однако наблюдения за такими явлениями, как дифракция и интерференция света, заставили сомневаться в этой теории.
В 1801 английский ученый Томас Юнг решил проверить природу света и провел эксперимент. Опыт был удивительно прост и элегантен.
Юнг сделал две тонкие прорези в экране-ширме и осветил его. Свет проходил через щели и создавал на другом экране чередующиеся темные и светлые полосы. Юнг объяснил этот эффект следующим образом: темные полосы образуются там, где впадины одной волны совпадают с вершинами другой, взаимно погашая друг друга; светлые полосы появляются, когда вершины или впадины обеих волн складываются вместе.
Эксперимент Юнга доказал, что свет имеет волновую природу. Корпускулярная теория была опровергнута.
Эксперимент Роберта Милликена
Идея о том, что электрический заряд состоит из неделимых частей, возникла в начале XIX века благодаря работам Фарадея (английского физика) и Гельмгольца (немецкого физика). Они ввели понятие «электрона» как носителя элементарного заряда, хотя сами частицы на тот момент не были открыты.
В конце XIX века физики начали проводить эксперименты, которые приблизили мир к открытию электрона. Рентген (немецкий физик) открыл Х-лучи, а Перрен (французский физик, лауреат Нобелевской премии) установил, что катодные лучи состоят из отрицательно заряженных частиц. Однако прямого доказательства существования электрона всё ещё не было.
Американский физик Роберт Милликен в 1909 году провёл эксперимент, который окончательно доказал существование элементарной частицы. Он создал установку, где между двумя металлическими пластинами висели маленькие капли воды или масла, заряженные электричеством. Изменяя напряжение между пластинами, Милликен мог контролировать движение капель.
Его исследования показали, что заряд каждой капли всегда был кратен одному и тому же числу — заряду электрона. В 1913 году он опубликовал точное значение этого заряда, что стало важным прорывом в науке.
Эксперимент Эрнста Резерфорда
К началу XX века ученые знали, что атом состоит из отрицательно заряженных электронов и неизученного положительного заряда, который делает атом в целом нейтральным. Высказывалось много разных идей о том, как именно устроена такая «положительно-отрицательная» система. Экспериментальных доказательств для выбора одной из моделей на тот момент не хватало.
Многие физики принимали модель английского физика Дж.Дж.Томсона: атом представлял собой равномерно заряженный положительный шар, внутри которого плавают электроны. В 1909 году Эрнест Резерфорд (британский физик новозеландского происхождения) вместе с помощниками провел эксперимент, чтобы выяснить истинную структуру атома.
Исследователи пропускали через тонкую золотую фольгу быстрые положительные частицы (α-частицы), которые сталкивались с атомами золота и меняли направление движения. Эти изменения наблюдали с помощью микроскопа, фиксируя вспышки света на специальной пластинке. За два года было подсчитано около миллиона таких вспышек, и выяснилось, что примерно каждая 8000-я α-частица меняет направление больше чем на 90 градусов, то есть фактически возвращается обратно!
Это никак не могло произойти, если бы атом был «рыхлым», как предполагал Томсон. Полученные результаты показали, что элементарная частица устроена иначе: существует маленькое плотное ядро, окруженное вращающимися электронами.
Модель получила название планетарной, потому что напоминает Солнечную систему: маленькие планеты-электроны вращаются вокруг большого Солнца-ядра.
Эксперименты, о которых мы рассказали, доказали, что наука — это непрерывный процесс познания. Благодаря упорству и настойчивости ученых мы улучшаем свою жизнь и открываем новые горизонты.
Публикация подготовлена группой компаний J&G — эксклюзивным представителем фабрик и заводов:
SANTAN — интеллектуальное освещение;
Jasmart — низковольтная электрика;
GVS — система автоматизации зданий (система «Умный дом»).
Наши шоурумы: Москва, ул. Нижняя Сыромятническая, д.10, стр. 2, вход В, 2 этаж, офис 218, 220.
До новых встреч!
Другие статьи: