Domanda:
Come facevano i fisici a sapere che ci sono due tipi di accuse?
George Smyridis
2016-07-05 05:20:55 UTC
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Problemi

La domanda che sto per fare è troppo stupida o non ha infastidito nessuno perché è ovvia perché non riesco a trovare la risposta da nessuna parte.

Attualmente sto studiando elettricità e magnetismo e il mio libro inizia dicendo che la materia è costituita da atomi che sono costituiti da un nucleo pesante caricato positivamente e da una nuvola di elettroni caricati negativamente di luce che orbitano attorno ad esso e basa il resto del libro su questi fatti.

Tuttavia l'elettricità, le cariche positive e negative sono state studiate prima che la teoria atomica fosse confermata. In realtà a quel tempo non era nemmeno supportato da remoto. Benjamin Franklin, ad esempio, pensava che la carica elettrica fosse una sorta di nuvola / gas. Quando c'era abbondanza di questa nuvola la carica era positiva mentre per il resto era negativa.


Domande

In primo luogo, suppongo che classicamente definiamo carica come la proprietà fisica che gli oggetti devono avere per interagire elettricamente, almeno per ora.

  • Come facevano i fisici allora a sapere dell'esistenza di due cariche, positiva e negativa? Certo, se avvicinate due bacchette di vetro dopo averle strofinate con la seta si respingono, mentre se portate una bacchetta di vetro e una di plastica si attraggono, ma è davvero abbastanza?

  • Inoltre, come facevano a sapere che cariche opposte si attraggono mentre cariche uguali si respingono a vicenda? Non puoi scegliere arbitrariamente di essere così, poiché gli elettroni si respingono davvero a vicenda. C'era un modo per dire che una bacchetta di vetro aveva abbondanza di quella nuvola dopo lo sfregamento mentre la plastica aveva un deficit?


Nel mio libro si dice che Franklin, dopo una serie di esperimenti, abbia stabilito che ci sono due tipi di accuse senza elaborare. Non riesco a trovare quegli esperimenti da nessuna parte. Tutto quello che ottengo riguarda il famoso esperimento con l'aquilone.

Immagino che Franklin abbia dedotto che c'erano due tipi di accuse perché cariche simili si respingono e cariche diverse si attraggono.
Ne parlo sempre con le mie lezioni introduttive.Pochi studenti apprezzano quanto sia profondo, perché il suo vero lavoro è * molto * semplice.
E le tariffe neutre?
Cinque risposte:
dmckee --- ex-moderator kitten
2016-07-05 05:41:56 UTC
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Raccogli una raccolta di addebiti.Tanti modi diversi per generare una carica quanti riesci a immaginare.Vai avanti e invita i tuoi amici in modo che possano pensare ad altro.(In pratica si creano cariche statiche appena prima di usarle, ma comunque ...)

Ora, mettili alla prova in coppia per vedere se si attraggono o si respingono a vicenda.Tieni registri accurati.

Trova il set più grande che si attrae a vicenda e il set più grande che si ripugna a vicenda.

Scoprirai che il set attraente ha esattamente due membri (sebbene tu possa fare molti esempi diversi di questo set) e il set repulsivo è composto dalla metà (o metà!) delle cariche che hai creato.

Rifletti su questo per un po '.Ti dà anche la risposta su come gli addebiti simili si rispondono l'un l'altro (anche se puoi ottenerlo direttamente preparando due addebiti simili).

Questa è un'illustrazione utile ma non risponde alla domanda, che riguarda almeno la metà della * storia *.
Dato che questo non è [hsm.SE], penso che la nostra preoccupazione qui sia quella di dimostrare come uno _poteva_ sapere che ci sono due tipi di accuse, non di dare una rivisitazione storicamente accurata di come effettivamente lo hanno capito.
Questa risposta mi piace di più, ma ho aggiunto la mia per illustrare che uno dei motivi per cui otteniamo una risposta binaria è che stiamo solo ponendo una domanda binaria.Se avessimo misurato l'entità delle forze in gioco, saremmo costretti a considerare molti tipi di cariche, alcune più grandi di altre.
Plaudo alla risposta di Daniel che entra nel processo storico, che non è qualcosa con cui ho più di una familiarità passeggera.Né penso che sia terribilmente importante per gli studenti della classe introduttiva, ma * davvero * voglio che siano in grado di convincersi che questo modello è vincolato dalle osservazioni che possono riprodurre.
E le tariffe neutre?
sammy gerbil
2016-07-05 15:12:06 UTC
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Sono d'accordo con DanielSank sul fatto che la domanda si pone (interamente, non in parte) sullo sviluppo storico di del concetto di carica elettrica, non sulla nostra descrizione moderna di esso - "come loro lo sapevano?" non "come possiamo noi saperlo?" Quest'ultima (risposta da dmckee) è il risultato finale di più di due secoli di osservazione, esperimento, teoria e dibattito e ignora le teorie che sembravano promettenti ma che sono state respinte. Usa il senno di poi che i nostri antenati non avevano.

Il tuo libro di testo descrive il modello attuale della carica elettrica e allude solo allo sviluppo storico delle idee. Rispetto ad oggi, questo è stato ostacolato dal misticismo e dalla superstizione e dalla scarsa comunicazione tra le poche persone che avevano le risorse per svolgere indagini scientifiche.

Inizialmente si pensava che l'elettricità statica e il magnetismo fossero lo stesso fenomeno. Entrambi erano noti agli antichi Greci (ambra = 'elektron', calamite nere erano abbondanti in Magnesia). Furono distinti per la prima volta da William Gilbert intorno al 1600 ("De Magnete" http://www.gutenberg.org/ebooks/33810). Ha descritto l'elettricità statica come un fluido rilasciato dallo sfregamento e ha classificato i materiali come "elettrici" (quelli che potrebbero essere elettrificati) e "non elettrici" (quelli che non potrebbero). Intorno al 1620 Niccolò Cabeo scoprì che l'elettricità può respingere oltre che attrarre.

Il primo generatore elettrico (statico) fu inventato nel 1660. Nel 1729 Stephen Gray scoprì la conduzione elettrica, riclassificando i materiali come conduttori e non conduttori. Nel 1733 Charles Francois du Fay scoprì che l'elettricità si presenta in due forme che chiamò resinosa (-) e vitrea (+). Il Leyden Jar, il condensatore originale, per immagazzinare e rilasciare la carica elettrica, fu inventato nel 1745. Il principale risultato di Benjamin Franklin fu quello di dimostrare che l'elettricità atmosferica (fulmini) e l'elettricità statica generata in laboratorio sono lo stesso fenomeno.

Il rapporto di Du Fay sui "due tipi di fluido elettrico" fu pubblicato in Philosophical Transactions nel 1733. In esso affermava la legge che "le cariche simili si respingono, gli opposti si attraggono". Ha mostrato che tutti i corpi, sia solidi che liquidi, potevano essere elettrificati. La sua classificazione dell'elettricità stessa, piuttosto che dei materiali che possono produrla o condurla, è stata un'idea rivoluzionaria nella comprensione dell'elettricità.
http://rstl.royalsocietypublishing.org/content/38/427-435/258.full.pdf+html?sid=c8642e49-7dd2-488e-b815-f031c1bb6afb

Le scoperte e le idee di Franklin furono pubblicate come Esperimenti e osservazioni sull'elettricità (1751). Il suo modello a fluido singolo rivaleggiava con i modelli a due fluidi di Du Fay e dell'abate Jean-Antoine Nollet. Ha spiegato un fluido (negativo) come l'assenza dell'altro fluido (positivo). Ha coniato diversi termini elettrici che usiamo ancora oggi, tra cui carica, conduttore, più, meno, positivo, negativo. https://archive.org/details/experimentsobser00fran


Penso che tu abbia ragione. Non sembrano esserci molte storie di idee sull'elettricità e sul magnetismo. Una possibilità (probabilmente disponibile solo nelle principali librerie) è:

A History of Electricity: (The Intellectual Rise in Electricity) dall'antichità ai giorni di Benjamin Franklin
Park Benjamin, J. Wiley & Sons, 1898 - pagine 605

"resinoso" e "vitreo" erano, credo, dal fatto che se strofini un panno con un pezzo di ambra [resina fossilizzata] ne otterrai uno, e se usi un pezzo di vetro otterrai l'altro.
levitopher
2016-07-05 19:17:39 UTC
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Ci sono alcune buone risposte qui, ma penso di voler provare ad astrarre un po 'il lavoro di Franklin. Poiché Franklin ha trovato solo due opzioni: "respingere" e "attirare", è stato costretto a prendere in considerazione solo due tipi di accuse.

Considera l'esperimento, in cui il vetro-vetro respinge, la plastica-plastica respinge e il vetro-plastica attrae. Se tutto il vetro è lo stesso, il vetro deve creare lo stesso tipo di carica (chiamiamolo "carica di vetro"). La plastica ovviamente ha un altro tipo di carica (poiché respinge). quindi la plastica ha "carica di plastica". La regola per "addebiti" è che "accuse simili si respingono" e "accuse diverse si attraggono".

Quindi non ci viene raccontato il resto della storia, ma presumibilmente lo ha fatto con molti altri materiali e ha scoperto che alcuni erano disgustati e altri attratti. Avrebbe potuto etichettarli tutti in modo diverso e aggiungere più regole (cariche di metallo, cariche di legno, cariche di acqua, ecc.), Ma se hai solo due risultati ("attrarre" e "respingere"), ogni coppia di oggetti può fare solo uno dei queste due cose.

Quindi avrebbe potuto provare tripli di oggetti, per vedere se questo fosse solo un effetto binario, ma poiché ci sono solo due cariche (elettriche) in natura, lo avrebbe scoperto. E ovviamente, se si fosse preoccupato della dimensione dell'effetto, avrebbe potuto elaborare molti tipi diversi di cariche (le "cariche di plastica" erano molto più grandi delle "cariche di legno", ma probabilmente più piccole di "accuse metalliche"), ma poiché stava esaminando dati binari, è stato costretto a prendere in considerazione solo risposte binarie.

Tanmay Kulkarni
2016-07-05 15:05:20 UTC
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Supponiamo di non sapere quanti tipi di addebiti esistono. Ma sappiamo che ci sono corpi che si attraggono o si respingono a vicenda. Ora eseguiamo un esperimento

  1. Troviamo tutti questi corpi che si respingono a vicenda e li mettiamo in categorie separate.

  2. Dopo un'ampia sperimentazione, osserviamo che appartengono solo a due pile.

  3. Inoltre osserviamo anche che gli oggetti nelle due diverse pile si attraggono.

  4. Possiamo definire uno di essi come positivo e l'altro come negativo arbitrariamente.

E le tariffe neutre?
ravenspoint
2016-07-06 07:16:48 UTC
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Tra le ipotesi concorrenti, dovrebbe essere selezionata quella con il minor numero di ipotesi.

Alcuni oggetti elettrificati si respingono, altri si attraggono.Questo può essere spiegato da due tipi di carica.Nulla che non possa essere spiegato con due addebiti può essere spiegato aggiungendo un terzo tipo di addebito.Quindi continuiamo a descrivere l'elettricità come presente in due tipi.

Non credo che la massima sia necessaria.Nota che respingere è _transitivo_: se A respinge B e B respinge C, allora A respinge C, ma l'attrazione è _anti-transitiva_: se A attrae B e B attrae C, allora A respinge C. Con tre o più tipi distinti di cariche,questo non può reggere.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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