Страницы истории науки и техники
Шрифт:
Сосуды заполнены газами А и В (например, кислородом и азотом), давления которых одинаковы (температуры тоже).
Затем с помощью поршня и крана газ В перепускается в левый сосуд, в котором теперь находится смесь двух газов, А и В, при той же температуре (см. рис. И, б). Из опыта следует, что давление смеси газов А +В, рА+В, оказалось равным сумме давлений газов А и В, рА и рВ до начала опыта, т. е. в данном случае, удвоилось:
Ра+в = Ра + Рв.
Подобного рода очень простые по смыслу опыты дали возможность Дальтону открыть закон, носящий теперь его имя: давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме их парциальных давлений. Эти же опыты позволили дать более простое определение парциального давления — как давления, которое имел бы входящий в смесь газ, если бы один занимал весь объем смеси. Другими словами, поведение газа в объеме,
Большое значение имеют исследования Дальтона в утверждении атомных представлений в химии. Дальтон исходил из того, что атомы являются мельчайшими, далее неделимыми частицами вещества, но атомы разных элементов имеют различную массу. Он считал также, что атомы разных элементов могут соединяться между собой только в простых соотношениях. Поэтому если условно принять массу атома легчайшего из элементов (водорода) за единицу, то можно определить относительные массы (относительно водорода) атомов других элементов. Дальтон полагал, что один элемент может соединяться с другим в различных весовых соотношениях. Но и в этом случае соотношения весов элементов, образующих соединения, также будут выражаться отношением целых чисел. Сложное тело, по Дальтону, состоит из молекул, в состав каждой из которых входит определенное число атомов соответствующих элементов. Таким образом, Дальтон ввел понятие атомный вес, установил один из основных законов химии — закон кратных отношений [202] .
202
Закон кратных отношений утверждает, что если два элемента образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся как целые числа, обычно небольшие.
Следует иметь в виду, что в этот период, когда устанавливались основные атомные представления в химии, было немало различных точек зрения по некоторым вопросам, немало споров, в результате которых образовывалось общее мнение. Поэтому (как и в большинстве случаев в науке), создание атомных представлений в химии нельзя приписать одному лицу. Огромная роль в этом деле принадлежит также итальянскому физику и химику Амедео Аеогадро (1776–1856), установившему, что в равных объемах разных (идеальных) газов при одинаковых давлениях и температурах находится равное число молекул (это положение именуется законом Лвогадро); французскому химику, основателю учения о химическом равновесии Клоду Луи Бертолле (1748–1822); шведскому химику и минералогу, иностранному почетному члену Петербургской Академии наук, составившему таблицу атомных масс (весов) элементов, Йёнсу Якобу Берцелиусу (1779–1848); французскому химику и физику, иностранному почетному члену Петербургской Академии наук, открывшему новые химические элементы (хлор, йод, калий, натрий) и новые газовые законы, носящие его имя, Жозефу Луи Гей-Люссаку (1778–1850) и многим другим ученым. В результате утверждения атомных представлений в химии была разработана стехиометрия (от греч. stoicheion — первоначало) — учение о количественных соотношениях между массами веществ, участвующих в реакции, основа для написания химических уравнений. В наше время со стехиометрией знакомы ученики старших классов средних школ (умеют «считать атомы» в уравнениях химических реакций).
Рассказ о научных работах Дальтона мы закончим ссылкой на исследование им одного дефекта зрения, заключающегося в том, что люди, обладающие этой болезнью глаз, плохо различают некоторые цвета, чаще всего красный и зеленый, и чаще этим дефектом страдают мужчины. Дальтон способствовал установлению причины этой болезни, названной позднее дальтонизмом. Причина как будто бы состоит в отсутствии в сетчатке глаза колбочек одного или нескольких типов. Дальтон и особенно его брат Джонатан страдали этой болезнью.
XVIII в, — век проявления большого интереса к электричеству. Под электричеством теперь понимается совокупность явлений, в которых проявляется взаимодействие заряженных частиц. Электричество является в настоящее время одним из главных разделов физики и основой важной отрасли производства — электротехники. По этим вопросам ниже будет сказано достаточно полно.
В учении об электричестве особенно выделяются два имени: Майкла Фарадея и Джеймса Максвелла, деятельность которых относится к XIX в., ей в следующей главе будет уделено должное внимание.
Как известно, учение об электричестве имеет длительную историю. Уже в Древней Греции знали, что если натереть поверхность янтаря мехом или шерстью, то он будет притягивать к себе легкие предметы, например небольшие кусочки соломы и сена, перья и т. п. Собственно говоря, из этого опыта возникло само слово электричество: electron — по гречески янтарь. Было установлено также, что янтарь можно заменить сургучом — ничто не изменится, эффект сохранится. Было также замечено, что если натертую шерстяной тканью сургучную палочку сблизить со стеклянной палочкой, натертой шелковой тканью, то между ними возникнет сила притяжения и проскочит искра. Наоборот, если сблизить между собой две одинаковые палочки (сургучные, натертые шерстяной тканью, или стеклянные, натертые шелковой тканью), то возникнут силы отталкивания (рис. 12). Было даже высказано предположение, что существует два вида электричества: смоляное электричество, собирающееся на сургучной палочке, и стеклянное электричество, накапливающееся на стеклянной палочке.
XVIII век является временем подъема работ в области электричества. Известный американский просветитель, ученый и государственный деятель Бенджамин Франклин (1706–1790), будучи человеком образованным и деятельным, заинтересовался электричеством. Он дал объяснение действия лейденской банки [203] и изобрел громоотвод, который испытал в 1753 г.
Рис. 12. Опыты, показывающие притяжение электрических зарядов с разными знаками и отталкивание зарядов одного и того же знака.
203
Лейденская банка — первый тип электрического конденсатора; представляет собой стеклянную банку, оклеенную внутри и снаружи металлической (оловянной) лентой; для ее зарядки нужно металлическую ленту, размещенную внутри банки, соединить с одним из полюсов электрической батареи (машины), а внешнюю металлическую ленту и другой полюс батареи — с землей.
Французский физик, член Парижской академии наук Шарль Огюстен Кулон (1736–1806) родился на юго-западе Франции в г. Ангулеме. Военный инженер, он около 9 лет работал на острове Мартиника в инженерных войсках. После возвращения во Францию Кулон занялся наукой. Вероятно, главным его изобретением были крутильные весы — высокочувствительный прибор, весьма подходящий для измерения малых сил. Основной. принцип крутильных весов заключается в том, чтобы заставить измеряемую силу скручивать тонкую упругую нить (струну) и по фиксируемой величине скручивания нити определять силу. Этот принцип и теперь используется во многих точных приборах. Его важное преимущество — отсутствие внешнего трения.
С помощью крутильных весов Кулон установил один из основных законов электростатики, названный его именем:
где — сила взаимодействия в вакууме между точечными зарядами е1 и е2, r — расстояние между зарядами, к — коэффициент пропорциональности, зависящий от размерности величин, входящих в уравнение закона. Когда знаки зарядов e1 и е2 одинаковы (т. е. мы имеем дело, так сказать, с электрическими зарядами одного типа), сила F будет силой отталкивания. В случае же разных знаков зарядов, сила F — сила притяжения. Не трудно заметить, что уравнение закона Кулона по внешнему виду похоже на уравнение закона всемирного тяготения Ньютона, с той, однако, разницей по существу дела, что природа сил различна, массы тел в противоположность электрическим зарядам всегда имеют одинаковый, положительный, знак, а сила — всегда сила притяжения.
В честь Кулона единица количества электричества (электрического заряда), названа его именем — заряд, переносимый через поперечное сечение проводника в течение 1 с при силе тока, равной 1 А.
Кулоном было доказано, что электрические заряды всегда располагаются на поверхности проводника; он показал, что открытый им закон справедлив не только для электрических зарядов, но и для магнитных полюсов. Работы Кулона явились, можно сказать, теоретической основой последующего развития электро- и магнитостатики.