Шарль Дюфе
Молодой, талантливый и разносторонний исследователь французский химик и физик, смотритель королевских садов в Париже Шарль Франсуа де Систерне Дюфе (1698 – 1739) за свою недолгую жизнь (41 год) постепенно сместил свои научные интересы с химии на ботанику, и, естественно, был вовлечен в изучение магнетизма и электричества.
Фокус исследований электрических явлений и загадок в то время был сосредоточен в Париже. После предшествующих исследований в области магнетизма Дюфе изучал электричество (1733 – 1737) и опубликовал свои результаты в основном в мемуарах Парижской академии наук.
Отчет Стивена Грея о его экспериментах с Уиллером пробудил его интерес к этому вопросу. Дюфе начал электрифицировать тела в пределах досягаемости. Это способствовало значительному расширению перечня материалов, которые можно электрифицировать.
Затем он обратил внимание на опубликованные попытки Грея провести электричество из одного места в другое на определенном расстоянии.
Дюфе исследовал все доступные ему материалы. Он пришел к выводу, что стекло является одним из лучших изоляционных материалов, и подтвердил вывод Грея о том, что что металл, если его правильно изолировать, также может быть легко наэлектризован. В этом контексте Дюфе первым использовал термин «isoleе» (изолированный).
Шарль Франсуа Дюфе
По сравнению с опытами Грея опыты Дюфе были точнее и глубже. Используя металлическое волокно, закрепленный на стеклянных или восковых опорах, он передал электричество на 1256 футов (около 383 метров).
Однако его главный вклад в исследования электричества был результатом простого эксперимента: он наблюдал за поведением крохотных золотых листочков, к которым подходил к наэлектризованной трубке.
Он обнаружил, что электрифицированные листочки притягивают неэлектрифицированные до тех пор, пока они не соприкоснутся друг с другом — затем происходит взаимное отталкивание, пока электрифицированный листочек не коснется третьего, неэлектрифицированного, затем снова притягивается первоначальным, первым листочком.
Однако, к своему большому удивлению, Дюфе обнаружил, что золотой листочек, который отталкивался от наэлектризованной трением стеклянной трубки, притягивается натертым кусочком смолы.
В дальнейших экспериментах он подтвердил, что тела, притягиваемые наэлектризованными материалами, такими как янтарь, каучук и воск, отталкиваются наэлектризованной стеклянной трубкой или кристаллом.
В своем докладе, опубликованном В «Философских трудах» (1733, № 431, стр. 258) говорилось: «... и это приводит меня к заключению, что есть два возможных типа различного электричества».
Следуя этому выводу, он обнаружил, что наэлектризованные стекла отталкивают друг друга, но притягивают наэлектризованный янтарь. Это относится и ко всем телам, наэлектризованным тем или иным материалом.
Он утверждал, что тела, наэлектризованные стеклом, также отталкиваются друг от друга, а тела, наэлектризованные янтарем, притягиваются.
Чтобы упростить этот фундаментальный закон, он назвал стеклянное электричество «vitree», как стеклянное электричество, и янтарное электричество, «resineuse», как электричество смолы.
Гипотеза Дюфе была первой двойной гипотезой электричества: согласно ей, существовало два типа веществ, которые были источником двойного электричества. Таким образом, Дюфе придумал две разные электрические жидкости, которые отталкиваются и притягиваются друг к другу.
В то время он понятия не имел, что оба типа жидкостей существуют при электрификации тел и что и стекло, и смолы всегда генерируют оба типа электричества.
Когда это открытие было уточнено экспериментами и было подтверждено, что электричество в материале, используемом для трения, противоположно электричеству в объекте трения, и оказалось, что оба типа электричества генерируются одновременно, исследователи, в том числе и сам Дюфе, пришли к выводу, что оба этих электричества являются модификациями одной и той же жидкости. Первая двойная гипотеза была в целом отвергнута.
Существенным толчком к рождению других гипотез стало изобретение в 1745 году лейденской банки.
Другие гипотезы
Сверстником Дюфе был другой француз, Жан-Антуан Нолле (1700 – 1770), широко известный как аббат Нолле. Он был одним из самых важных исследователей и популяризаторов электричества во Франции. Особенно в период после смерти Дюфе он стал ведущей фигурой в европейских исследованиях электричества.
Жан-Антуан Нолле
Более сорока книг и трактатов по электричеству, исключительное положение при французском королевском дворе, личные знакомства с выдающимися европейскими учеными того времени и, что не менее важно, его талант, личное обаяние и честолюбие также способствовали его известности.
Экспериментатор с наэлектризованным стеклянным стержнем, касающимся мальчика, подвешенного на шелковых шнурах, который, в свою очередь, становится наэлектризованным (1746 г.)
До 1745 года изучение электричества в основном основывалось исключительно на экспериментальных результатах, недавно полученных Френсисом Хоксби, Стивеном Греем и Шарлем Франсуа Дюфе. Однако в феврале 1745 г. аббат Нолле узнал об опытах немецкого профессора Георга Матиаса Бозе (1710 – 1761) с зажиганием спирта электрической искрой и о его развлекательных постановках.
Эти эффектные произведения были близки характеру Нолле, поэтому он очень интересовался ими. Он погрузился в изучение немецких экспериментов и через три месяца выдвинул свою, неудачную, гипотезу электричества.
Это была смесь общих картезианских выводов (картезианство – философия, развивающая темы и способы философствования Р. Декарта), фрагменты более ранних гипотез и суждений из его экспериментального опыта.
Суть гипотезы Нолле заключалась в действии особой жидкости, находящейся в постоянном движении, в то время как во всех электрических процессах эта жидкость движется в двух противоположных направлениях.
С одной стороны, эта жидкость должна была вытекать из тела, поэтому это был «отток», называемый Нолле-эффлюенс, и в то же время он должен был вытекать, т.е. «приток», называемый избытком.
Эти потоки отличались только направлением, но не характером. Однако они всегда должны присутствовать в теле, но когда они были выровнены, тело оказывалось нейтральным.
Электростатическая машина Нолле со стеклянным шаром. Стеклянный шар удерживается между двумя деревянными стойками, чтобы его можно было легко заменить в случае повреждения. Большой шкив со спицами приводит в движение шар, позволяя ему быстро вращаться. У шкива есть большая ручка с каждой стороны, поэтому его могут поворачивать два человека, что позволяет проводить длительные эксперименты.
Согласно гипотезе Нолле, электрические силы притяжения и отталкивания возникают в результате непосредственного столкновения движущегося электрического флюида. Отток должен был быть расходящимся, а приток - однородным, что создавало локальный дисбаланс.
Основная слабость гипотезы Нолле заключалась в том, что эффекты притока и оттока не компенсируют друг друга при любых обстоятельствах. Чтобы преодолеть эту трудность своей гипотезы, Нолле прибегнул к предположению, что каждое тело имеет два типа пор - одни должны были служить оттоком, а другие - притоком жидкости.
Несмотря на явную подозрительность гипотезы, сам остроумный аббат считал ее не гипотезой, а вполне доказанным фактом. Кредо Нолле о том, что «только механические объяснения способны изменить экспериментальную физику», естественно, соответствовало широко распространенному и принятому в то время философскому взгляду.
Гипотезу аббата Нолле усовершенствовал Этьен Франсуа Дютур (1711 – 1784), предположив, что существует разница между притоком и оттоком и что частицы жидкости вступают в колебания различного рода. Это приводит к тому, что один из этих потоков сильнее другого, и возникающий в результате дисбаланс приводит к силовым эффектам.
Впрочем, аббат Нолле никогда не отказывал себе в игре в «шоумена». Перед королем Франции Людовиком XV (1710 – 1774) в 1739 году в Версале совершил одну из своих знаменитых демонстраций.
У него был большой круг из 180 солдат Королевской гвардии, держащихся за руки. Прыжок всех солдат в воздух после удара током был с благодарностью воспринят смеющимися лордами.
Подобное представление было повторено позднее перед простым парижским народом, когда предметом забавы были семьсот монахов-картезианцев, выскочивших все одновременно после удара током.
Аббат Нолле демонстрирует возможность передачи электрического тока с помощью солдат Королевской гвардии
Возможно, аббат Нолле черпал вдохновение для этих постановок у Георга Матиаса Бозе, который также поставил аналогичный спектакль в Германии. Он использовал для них двадцать солдат, взявшись за руки, которых подверг электрошоку.
Впрочем, эти постановки, вероятно, были весьма популярны в то время. Их также демонстрировал английский врач и ученый Уильям Уотсон (1715 – 1787).
Аббат Нолле в колледже Наварры
Однако аббат Нолле в основном занимался серьезными экспериментами. Среди прочего, он проверял воздействие электричества на живые организмы, растения и животных. Целью одного из его экспериментов было выяснить, какое влияние оказывает присутствие электрически заряженного тела на рост семян горчицы.
Он обнаружил, что электрифицированные растения растут более чем в четыре раза быстрее, чем неэлектрифицированные, но имеют меньшую высоту.
Он использовал кошек, голубей и мелких птиц для опытов над животными. Он отметил, что действие электричества у них обычно проявлялось в потере веса. Но Нолле не был уверен в причинно-следственной связи этих попыток. И это далеко не вся научная деятельность аббата Нолле, справедливо пользовавшегося всеобщим уважением.
Священник ордена лазаритов Пьер Бертолон (1741 – 1800), занимал аналогичное положение на юге Франции. Благодаря своим собственным экспериментам, лекциям и общей поддержке, которую он посвятил изучению электрических явлений, он в значительной степени способствовал прогрессу зарождающейся новой науки.
Бертолон занимался атмосферными явлениями и, подобно аббату Нолле, изучал влияние электричества на рост растений. Для этой цели он изобрел и сконструировал измерительный прибор, так называемый электровегетометр.
Исследование электричества в Германии
В Германии Георг Матиас Бозе, вышеупомянутый вдохновитель Нолле, был важным представителем раннего периода исследования электричества. В своей инаугурационной речи в 1738 году в Виттенбергском университете он сосредоточился в основном на полемике с точки зрения действия электричества на расстоянии.
Изучив труды Дюфе, в период с 1742 по 1745 год он приложил значительные усилия для поддержки исследований электричества в Германии, которые до этого там не культивировались.
Титульный лист книги Георга Бозе, 1745 год
Христиан Фридрих Людольф (1707–1763) был первым, кто занялся взаимосвязью между электричеством и огнем.
В январе 1744 года он продемонстрировал в Берлинской академии наук прохождение электрических искр, полученных при протирании стеклянной трубки, через сосуд с водой. Он удивил зрителей, поднеся наэлектризованный стержень ближе к серной ложке, которая воспламенилась в пламени.
В первой половине 18 века Христиан Август Хаузен (1693–1743), профессор математики Лейпцигского университета, производил подобные опытам Стивена Грея. Однако вместо мальчика он наэлектризовал девочку, висевшую на шелковых бечевках, и наблюдал за взрывами, исходящими из ее пальцев.
После его смерти его преемником стал профессор Иоганн Генрих Винклер (1703 – 1770). Помимо конструирования фрикционных электрических машин и экспериментов с лейденскими банками, он также рассматривал природу электричества, включая попытки измерения скорости его распространения, однако это ему не удалось.
В 1744 году Берлинская академия наук объявила конкурсный вопрос, ответ на который должен был прояснить причину возникновения электричества.
Награду получил Якоб Сигизмунд Вайц (1698 – 1777), который выдвинул гипотезу о том, что тело было заполнено электрическими телами до фактической электрификации. Далее он предположил, что теплота также состоит из подобных тел.
Курьезом в книге был расчет, с помощью которого Вайтц пришел к выводу, что электричество в восемьдесят пять тысяч раз легче воздуха.
Электростатический генератор из французской публикации 1767 года
Другие явления, другие гипотезы
Если бы с электричеством были связаны только силы притяжения и отталкивания, то вышеуказанных гипотез было бы достаточно.
Общее притяжение всех тел ко всем телам - гравитация стала объяснением для более поверхностных исследователей и для электрических и магнитных сил, которые они считали лишь разновидностью гравитации, свойственной определенным телам.
Однако когда дело дошло до других его различных проявлений — света, звука, сильного запаха фосфора и болезненных ощущений при прикосновении к наэлектризованному телу, — стало распространяться представление о том, что электрическая жидкость тождественна принципу огня. Это часто отражалось в названии электричества: «электрический огонь».
Французский ученый Никола Антуан Буланже (1722 – 1759) и его последователи утверждали, что электрический флюид есть не что иное, как тончайшие частицы атмосферы, которые накапливаются на поверхности наэлектризованных тел, когда более грубые частицы атмосферы выбрасываются трением.
Английский художник и физик Бенджамин Уилсон (1721 – 1788) считал эфир главной причиной всех электрических явлений.
Многие исследователи пытались объяснить многие электрические явления неким тонкодисперсным веществом на поверхности всех тел, которое вызывает преломление и отражение лучей света и, кроме того, препятствует доступу и проникновению эфира. Согласно Уилсону, это вещество, которое должно было распространяться на небольшое расстояние от тела, имело ту же природу, что и электрический флюид.