Teoria fluidelor despre electricitate - Fluid theory of electricity
Teoriile fluidelor despre electricitate sunt teorii depășite care postulează unul sau mai multe fluide electrice despre care se credea că sunt responsabile pentru multe fenomene electrice din istoria electromagnetismului . Teoria „două fluide“ de energie electrică , creat de Charles François de Cisternay du Fay , a postulat că energia electrică a fost interacțiunea dintre cele două fluide electrice „“ O teorie alternativă mai simplă a fost propusă de Benjamin Franklin , numită teoria unitară sau unică a fluidului, a electricității . Această teorie susținea că electricitatea era într-adevăr un fluid, care putea fi prezent în exces sau absent dintr-un corp, explicând astfel sarcina sa electrică. Teoria lui Franklin a explicat cum ar putea fi disipate acuzațiile (cum ar fi cele din borcane Leyden ) și cum ar putea fi trecute printr-un lanț de oameni. Teoriile fluidelor despre electricitate au devenit în cele din urmă actualizate pentru a include efectele magnetismului și ale electronilor (după descoperirea lor).
Teorii fluide
În anii 1700, multe fenomene fizice erau gândite în termeni de eter , care era un fluid care putea pătrunde în materie. Această idee a fost folosită de secole și a stat la baza gândirii la fenomene fizice, cum ar fi electricitatea, ca lichide. Alte exemple de modele fluide din secolul al XVIII-lea sunt caloricele lui Lavoisier și fluidele magnetice ale lui Coulomb și Aepinus.
Teoria celor două fluide
Până în secolul al XVIII-lea, una dintre puținele teorii care explică fenomenele electrice observate a fost teoria celor două fluide. Această teorie este în general atribuită lui Charles François de Cisternay du Fay. teoria lui Fay a sugerat că electricitatea era compusă din două lichide, care puteau curge prin corpuri solide. Un lichid avea o sarcină pozitivă, iar celălalt o sarcină negativă. Când aceste două lichide intră în contact unul cu celălalt, vor produce o sarcină neutră. Această teorie se referea în principal la explicarea atracției și respingerii electrice, mai degrabă decât la modul în care un obiect ar putea fi încărcat sau descărcat.
du Fay a observat acest lucru în timp ce repeta un experiment creat de Otto von Guericke , în care un material subțire, cum ar fi o pană sau o frunză, ar respinge un obiect încărcat după contactul cu acesta. du Fay a observat că „frunza-aur este atrasă mai întâi de tub; și achiziționează o energie electrică se apropie de ea; și, prin urmare, este imediat respinsă de ea. ” Acest lucru părea să confirme pentru du Fay că frunza era împinsă în timp ce un „curent” de electricitate circula în jurul și prin ea.
Prin teste suplimentare, du Fray a stabilit că un obiect ar putea deține unul dintre cele două tipuri de electricitate, fie vitroasă, fie electrică rășinoasă. El a descoperit că un obiect cu electricitate vitroasă ar respinge un alt obiect vitros, dar ar fi atras de un obiect cu electricitate rășinoasă
Un alt susținător al teoriei celor două fluide a fost Christian Gottlieb Kratzenstein . El a speculat, de asemenea, că încărcăturile electrice au fost purtate de vârtejuri în aceste două fluide.
Teoria unui singur fluid
În 1746 William Watson a propus o teorie cu un singur fluid.
La 11 iulie 1747, Benjamin Franklin a scris o scrisoare în care și-a prezentat noua sa teorie. Aceasta este prima înregistrare a teoriei sale. Franklin a dezvoltat această teorie concentrându-se în principal pe încărcarea și descărcarea corpurilor, spre deosebire de du Fay, care s-a concentrat în principal pe atracția electrică și repulsie.
Teoria lui Franklin a afirmat că electricitatea ar trebui considerată ca mișcarea unui singur lichid, spre deosebire de interacțiunea dintre două lichide. Un corp ar prezenta semne de electricitate atunci când ar deține fie prea mult, fie prea puțin din acest lichid. Prin urmare, se credea că un obiect neutru conține o cantitate „normală” din acest fluid. Franklin a subliniat, de asemenea, două stări posibile de electrificare, pozitivă și negativă. El a susținut că un obiect încărcat pozitiv ar conține prea mult fluid, în timp ce un obiect încărcat negativ ar conține prea puțin fluid. Franklin a reușit să aplice această gândire explicând fenomene inexplicabile ale vremii, cum ar fi borcanul Leyden , un dispozitiv de stocare a sarcinii de bază similar cu un condensator . El a susținut că firul și suprafața interioară au devenit încărcate pozitiv, în timp ce suprafața exterioară a devenit încărcată negativ. Acest lucru a cauzat un dezechilibru în fluid și o persoană care atingea ambele porțiuni ale borcanului a permis fluidului să curgă normal.
În ciuda faptului că este o teorie mai simplă, s-a dezbătut puternic dacă electricitatea a fost alcătuită dintr-un fluid sau două timp de un secol.
Semnificația teoriei unui singur fluid
Teoria monofluidului arată o schimbare semnificativă a modului în care comunitatea științifică a gândit despre electricitate. Înainte de teoria lui Franklin, existau multe teorii concurente cu privire la modul în care funcționa electricitatea. Teoria lui Franklin a devenit în curând cea mai larg acceptată la acea vreme. Teoria lui Franklin este, de asemenea, remarcabilă, deoarece este prima teorie care privea electricitatea ca acumularea de „sarcini” din alte părți, mai degrabă decât o excitare a materiei deja prezente într-un obiect.
Teoria lui Franklin oferă, de asemenea, baza curentului convențional , gândirea electricității ca fiind mișcarea sarcinilor pozitive. Franklin s-a gândit în mod arbitrar la fluidul său electric ca la o sarcină pozitivă și, prin urmare, toate gândurile au fost făcute în cadrul mental al unui flux pozitiv. Acest lucru a pătruns în mentalitatea comunității științifice până la punctul în care electricitatea este considerată în continuare ca un flux de sarcini pozitive, în ciuda dovezilor că electricitatea care se deplasează prin metale (cel mai comun conductor) este realizată de electron sau de particula negativă.
Franklin a fost, de asemenea, prima persoană care a sugerat că fulgerul era de fapt electricitate. Franklin a sugerat că fulgerul era doar o versiune mai mare a scânteilor mici care apăreau între două obiecte încărcate. Prin urmare, el a prezis că fulgerul ar putea fi modelat și dirijat folosind un conductor ascuțit. Aceasta a fost baza celebrului său experiment de zmeu .
Neajunsurile teoriei
Deși teoria monofluidului a marcat un avans semnificativ în discuțiile despre electricitate, ea a avut unele deficiențe. Franklin a creat teoria pentru a explica descărcările de gestiune, aspect care fusese ignorat mai ales anterior. În timp ce a explicat bine acest lucru, nu a putut explica pe deplin atracția electrică și respingerea. Avea sens că două obiecte cu prea mult fluid s-ar împinge unul de celălalt și de ce două obiecte cu cantități în mare măsură diferite de fluid s-ar trage unul către celălalt. Cu toate acestea, nu avea sens ca două obiecte fără fluid să se respingă reciproc. Prea puțin lichid nu ar trebui să provoace o respingere.
O altă dificultate cu acest model de electricitate este că ignoră interacțiunile dintre electricitate și magnetism. Deși această relație nu a fost bine studiată la acea vreme, se știa că există o oarecare legătură între cele două fenomene. Modelul lui Franklin nu face nicio referire la aceste forțe și nu încearcă să le explice.
Deși teoria fluidelor a fost punctul de vedere predominant pentru o vreme, a fost în cele din urmă înlocuită de teorii mai moderne, în special una care a folosit observații despre atracțiile dintre firele purtătoare de curent pentru a descrie efectele magnetice dintre ele.
Conexiuni cu magnetismul
Nici du Fay, nici Franklin nu au descris efectele magnetismului în teoriile lor, ambele privindu-se doar cu efecte electrice. Cu toate acestea, teoriile despre magnetism au urmat un model foarte asemănător cu cel al electricității. Charles Coulomb a descris magneții ca conținând două fluide magnetice, auditive și boreale, care s-ar putea combina pentru a descrie atracția magnetică și repulsia. Teoria unică a fluidului pentru magnetism a fost propusă de Franz Aepinus , care a descris magneții ca conținând prea mult sau prea puțin fluid magnetic.
Aceste teorii ale electricității și magnetismului au fost gândite ca două fenomene separate, până când Hans Christian Ørsted a observat că un ac al busolei ar fi deviat de la nord magnetic atunci când ar fi plasat lângă un curent electric. Acest lucru l-a determinat să dezvolte teorii conform cărora electricitatea și magnetismul erau corelate și se puteau afecta reciproc. Opera lui Ørsted a stat la baza unei teorii a fizicianului francez André-Marie Ampère , care unifica relația dintre magnetism și electricitate.
Vezi si
- General
- Istorii