Пётр Капица - Эксперимент, Теория, Практика. Статьи, Выступления

После работ Франклина наиболее крупным этапом в развитии науки об электричестве был переход к количественному описанию электрических явлений. Это было сделано Кулоном и только в 1785 году. Всем хорошо известно, как он на своих крутильных весах открыл фундаментальный закон взаимодействия электрических зарядов. Кулон нашел, что сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.

Последовавшие за тем теоретические работы Гаусса, Лапласа, Пуассона развили этот основной закон природы в ту стройную теорию электростатического поля, которой мы так широко пользуемся в наши дни. Но в истории развития учения об электрическом поле имеется одна сравнительно мало известная страница, которая имеет отношение к фундаментальным работам Франклина и о которой интересно напомнить.

Почти 100 лет спустя после работ Кулона, в 1877 году, Максвелл напечатал статью о неопубликованных работах Генри Кавендиша в области электричества. Максвеллу, как первому директору Кавендишской лаборатории в Кембридже, построенной на средства потомков Кавендиша, был предоставлен архив Генри Кавендиша. В этом архиве он обнаружил совершенно готовую к публикации рукопись работы Кавендиша, экспериментально доказывающую тот же закон квадрата расстояния, открытый Кулоном. Экспериментальные доказательства в опыте Кавендиша сушественно отличались от опыта Кулона, метод был более прост и доказательства более точны, чем у Кулона. Даты на рукописи Кавендиша не было, но Максвелл отнес ее во всяком случае к годам не позднее 1775, следовательно, по крайней мере на 10 лет раньше открытия закона Кулоном.

В своих работах Кавендиш исходил из того, что можно теоретически показать, что на полом металлическом проводнике только тогда весь электрический заряд может распределиться на наружной поверхности, если эти заряды отталкиваются друг от друга, по закону квадрата расстояния. Но доказательство распространения заряда по наружной поверхности проводника уже было сделано Франклином с опытом электризованного чайника с цепью, о котором я говорил, надо было только найти способ сделать это доказательство более точным.

Поэтому Кавендиш воспроизвел этот опыт более совершенным образом. Вместо чайника он взял полую металлическую сферу, а вместо цепи поместил внутри, концентрически ей, вторую металлическую сферу. Обе сферы могли быть или изолированы или замкнуты, в зависимости от того, как это было нужно. Кавендиш выбрал концентрические сферы, потому что эта форма тел давала возможность количественно обрабатывать полученный результат опыта. Опыт Кавендиша заключался в доказательстве того, что заряд, сообщенный наружной сфере, распределяется только по ней и не переходит на внутреннюю сферу.

Максвелл организовал в Кембридже повторение опыта Кавендиша, но с более совершенным измерительным прибором, и показал, что закон второй степени Кулона справедлив с точностью почти до одной миллионной, в то время как методом крутильных весов Кулона этот закон можно было проверить с точностью немного более одного процента.

Тут возникает вопрос, почему в продолжение 100 лет такие первоклассные ученые, как Гаусс, Пуассон, Лаплас и другие создатели теории электрического поля, не заметили, что простой опыт Франклина с чайником мог уже служить для опытного доказательства справедливости одного из самых основных законов электростатического поля — закона Кулона?

Как могло случиться, что работа Кавендиша оставалась в продолжение 100 лет никому не известной? Максвелл в своей статье также указывает, что в этой же готовой для печати работе Кавендиша, кроме закона Кулона, был еще сформулирован и грубо проверен закон Ома. И это было сделано за 70 лет до того, как этот закон был открыт самим Омом.

Естественно задать вопрос, как могло произойти, что такой крупный ученый, как Кавендиш, которого многие называли «Ньютоном современной химии», мог пренебречь опубликованием этой работы по электричеству, которую он, конечно, не мог не считать фундаментальной ?

Навряд ли история когда-либо найдет ответ на этот вопрос, но самое вероятное, что Кавендиш просто позабыл направить ее в печать.

Это объяснение сперва кажется невероятным, так как, казалось бы, его товарищи, ученые, должны были знать об этих работах и напомнить ему о них. Но здесь вскрывается особенность характера Кавендиша — у него не было ни друзей, ни товарищей, он вообще избегал людей. Очень богатый человек, брат герцога Девонширского, он жил исключительно замкнутой жизнью, только занимаясь своей наукой. Даже прислуге его дворца было запрещено в его покоях попадаться ему на глаза. Ему подавали еду на стол до того, как он входил в столовую. Вот благодаря этой оторванности от людей научные работы Кавендиша, плоды его крупнейших научных достижений, сделанных в Англии, не оказали влияния на развитие мировой науки.

Уже много позже французские и немецкие ученые самостоятельно открыли эти законы природы. Они передали свои знания людям, и по справедливости эти фундаментальные законы природы носят имена Кулона и Ома.

Кроме чисто научных работ, у Франклина есть еще одно общепризнанное достижение; это его изобретение — громоотвод. В истории внедрения в жизнь этого изобретения есть тоже много поучительного. Это длинная история, ей посвящены многие исследовательские работы. Поэтому я могу только совсем кратко рассказать, как Франклин изобрел и внедрил громоотвод.

Я уже говорил о том, что Франклин экспериментально доказал, что молния есть не что иное, как электрическая искра, происходящая между тучами и землей, когда они имеют противоположные электрические заряды. После того как была раскрыта сущность грозового разряда, естественно, встал вопрос, как можно рационально бороться с разрушениями и пожарами, причиняемыми молнией. Стало ясно, что когда молния ударяет в здание, корабль или любой другой возвышающийся объект, то вред причиняется тем, что мощный электрический ток, проходя по плохо проводящей среде, производит разрушения и воспламенения. Поэтому, если при ударе молнии в здание дать возможность электрическому разряду пройти в такой хорошо проводящей среде, как металл, разрушений не будет. Становилось понятным, почему здания с металлической крышей и сточными трубами были менее подвержены действиям грозовых разрядов. Например, храм Соломона в Иерусалиме ни разу за тысячу лет не подвергался разрушениям от грозы, так как он был покрыт полированными металлическими пластинами. Естественно, что после работ Франклина, вскрывающих природу грозовых разрядов, сразу у ряда лиц стали появляться идеи о возможности защиты от молнии отводом электрического заряда через хорошо проводящие металлические стержни.