Wiek XVII i XVIII na Zachodzie Europy, to okres, w którym nauka otrzymała silny impuls, który spowodował szczególnie intensywny rozwój nauk przyrodniczych – chemii i fizyki.
Odkrycia nowych minerałów, pierwiastków, praw rządzących budową materii, z jednej strony, oraz budową Naszej Galaktyki, Naszego Swiata, praw rządzących ruchem i oddziaływaniem między obiektami mikro i makro świata, z drugiej, to tylko generalne hasła znamionujące ten period.
To właśnie w tym okresie sformułowano trzy najważniejsze fenomenologiczne prawa ale tylko jedno z nich odkryto. Podaję kolejności ich sformułowania:
1. III Prawo Keplera
2. Prawo powszechnego ciążenia – Newtona
3. Prawo Coulomba
Ktoś powie – jaka klarowna sytuacja. Troje uczonych – trzy prawa!
A to nie tak, o czym każdy będzie się mógł przekonać, gdy przypomnę chronologię zdarzeń dotyczących tytułowego prawa – Prawa Coulomba.
Historia odnotowała, że "odkrył" ten zakon francuski uczony Charles deCoulomb w 1785 r. Wydaje się, że lepiej byłoby określić tą sytuację terminem "ustalił eksperymentalnie". Jak on przeprowadził ten eksperyment oczywiście napiszę, a tutaj tylko zasygnalizuję, że użył do tego celu specjalnie skonstruowaną wagę skręceń.
Nie udało mi się znaleźć informacji o tym, na jakich przyrządach pracował niemiecki uczony Franz Aepinus urodzony w 1724 r w Rostoku (zm.1802), który w 1755 roku przypadkowo stał członkiem Berlińskiej Akademii Nauk, a już w 1756 zaczął swoje znamienite badania nad elektrycznością, w toku których odkrył on istnienie w przyrodzie naturalnych elektrycznych biegunów.
Zainteresował się elektrycznością po zapoznaniu się z pracą szwajcarskiego, (niemieckiego, rosyjskiego) matematyka, Leonharda Eulera (ur. w 1707 w Bazylei – zm.1783 r. w Petersburgie), który zajmował się między innymi astronomią sferyczną. W tej właśnie dziedzinie dokonał wielu osiągnięć, chociaż dla potrzeb tej pracy wspomnimy o jednym z nich – określenie z wielką dokładnością orbit komet i innych ciał niebieskich. To właśnie Euler otrzymał w tamtych latach premię Petersburskiej Aklademii za pracę "O elektrycznej sile przyczyny".
12 maja 1757 roku Aepinus wstąpił do Petersburskiej Akademii Nauk a 17 listopada przedstawił rezultaty badań o niektórych nowych eksperymentach z elektrycznością. Jego dwa odczyty o pracach Newtona świadczą o tym, że musiał znać newtonowskie Prawo powszechnego ciążenia, a co się z tym wiąże, również prawo odwróconych kwadratów.
Gdy w 1958 Akademia wyznaczyła go ponownie na prelegenta dokładu, Aepinus zaproponował temat o podobieństwie magnetycznych i elektrycznych zjawisk. Dokład był sporządzony na łacińskim języku i nosił nazwę "Rzecz o podobieństwie siły elektrycznej i magnetycznej", w którym pierwszy raz wyłożył swoją teorię elektryczności.
Jak szanowni czytelnicy widzą, nie przedstawiłem bezpośrednich dowodów na to, że Aepinus odkrył przed Coulombem prawo odwróconych kwadratów, ale chyba jednoznacznie udało mi się pokazać, że miał wiedzę, jaka umożliwiała mu to zrobić.
Nie jest tajemnicą poliszynela, że to właśnie w tamtym okresie były położone podwaliny pod magnetyzm i elektryczność, a jednym z najważniejszych instrumentów skonstruowanych w tym czasie, był elektrometr.
To właśnie z jego pomocą, jeszcze w 1760 Daniel Bernoulli prawdopodobnie ustalił "prawo odwróconych kwadratów oddziaływania naelektryzowanch ciał", ale ... nie opublikował rezultatów swoich praw.
W 1767 r, w Anglii ukazała się książka angielskiego chemika, fizyka i filozofa, Josepha Priestley (1733-1804) pod tytułem "Historia i aktualny stan elektryczności z oryginalnymi eksperymentami", w której opisał on między innymi swoje doświadczenia wykonane w 1766 r., w toku których ustanowił odwrotną proporcjonalność zależności siły elektrycznego oddziaływania od kwadrato odległości między ładunkami.
Książka od razu stała się popularna i otrzymała przyznanie naukowej społeczności, a swojemu autorowi otworzyła drzwi do Towarzystwa Królewskiego w Londynie (dokładniej - The Royal Society of London for Improving Natural Knowledge)
Nie od rzeczy będzie wspomnieć, że inspiratorem napisania tej pracy był Benjamin Franklin, którego Priestley spotkał pewnego dnia w Londynie.
Książkę Priestley o elektryczności można rozdzielić na dwie nierówne części: w pierwszej, dużo większej przedstawił on przegląd prac swoich poprzedników, pionierów badań nad elektrycznością, a w drugiej – opisanie swoich własnych eksperymentów. Wydaje mi się, że dla każdego, a w szczególności dla Janusza z Gorzowa, będzie interesującym zapoznać się z tym eksperymentem Priestley, który doprowadził go do prawa odwróconych kwadratów.
Tak naprawdę, Priestley wykonał eksperyment, który zaprojektował na podstawie obserwacji dokonanych przez B. Franklina. Idea tego eksperymentu była podpowiedziana teorią grawitacji Newtona, który twierdził, że grawitacyjne siły, działające na meterialny punkt znajdujący się wewnątrz sfery są zrównoważone.
On naelektryzował cynowy kubek objętością 1 kwarty (ok. litra), stojący na taborecie wykonanym z suszonego drzewa. W kubku umieszczał dwie kulki z korka, podwieszone na szklanej pałeczce. Kulki nie odczuwały siłowego oddziaływania, chociaż na zewnątrz ono było wyraźnie odczuwalne.
Stąd Priestley wyciąga wniosek, że elektryczność jest zjawiskiem, które podczynia się temu samemu prawu co grawitacja, a więc siła elektryczna, tak jak siła przyciągania zmienia odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości.
Warte podkreślenia jest to, że forma naczynia, które używał w swoich eksperymentach Priestley, była tak dalece odmienna od sfery, że rozwiązanie zadania Newtona nie mogło być zastosowane do jego eksperymentu, a więc wniosek, do jakiego doszedł Priestley był pobudowany na grubej analogii między działaniem elektrycznych i grawitacyjnych sił.
Myśl ta była rozwinięta angielskim uczonym, Henry Cavendishem (1731-1810), który jednak nie opublikował wielu swoich badań poświęconych elektryczności. Zrobił to za niego ponad 100 lat później Maxwell. Ciekawe było to, że Cavendish zmienił eksperyment Priestly tak, że pozwoliło mu to dokonać ilościowej analizy obserwowanego zjawiska.
Czas wrócić do Charlsa deCoulomba i jego słynnego eksperymentu z wagą skręceń, który to eksperyment pozwolił temu niewątpliwie zdolnemu uczonemu sformułować podstawowe prawo elektrostatyki – Prawo oddziaływania .... no czego?
Uprzedzam, że odpowiedź na to pytanie wcale nie jest taka jednoznaczna jakby się to na pierwszy rzut oka wydawało, ale o tym w następnym odcinku, który poświęcę eksperymentowi i samemu Prawu Coulomba.
Inne tematy w dziale Technologie
