Henry Cavendish | |
---|---|
Henry Cavendish | |
Születési dátum | 1731. október 10. [1] [2] [3] […] |
Születési hely | Szép , Franciaország |
Halál dátuma | 1810. február 24. [2] [3] [4] […] (78 éves) |
A halál helye | London , Egyesült Királyság |
Ország | |
Tudományos szféra | fizika , kémia |
alma Mater | Cambridge-i Egyetem |
Díjak és díjak | Copley-érem (1766) |
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
Henry Cavendish ( eng. Henry Cavendish ; 1731. október 10. – 1810. február 24. ) - brit fizikus és kémikus , a Londoni Királyi Társaság tagja (1760) [5] , a Párizsi Tudományos Akadémia külföldi tagja (1803) [ 6] .
Henry Cavendish 1731. október 10-én született Nizzában Lord Charles Cavendish, Devonshire második hercege , William Cavendish és Lady Anne Grey, Henry Gray , Kent első hercegének lánya gyermekeként. A Cavendish család számos arisztokrata családdal állt szoros kapcsolatban Nagy-Britanniában, története körülbelül nyolc évszázadra nyúlik vissza, és a normann korszakig nyúlik vissza . Lady Anne feltehetően tuberkulózisban halt meg, nem sokkal Henry öccse, Frederick születése után, így egyik fiú sem ismerte édesanyját.
Henry és testvére, Frederick otthon szerezte meg az alapfokú oktatást. Kezdetben azt tervezték, hogy a testvérek oktatását az Etonban folytatják , egy klasszikus angol iskolában, amely jó képzést nyújtott a leendő államférfiak számára. Azonban sem Henry, sem bátyja nem mutatott hajlamot a jogtudományra, ezért apja úgy döntött, hogy egy speciális tudományos intézménybe küldi őket. A Hackney Akadémián telepedett le, amelynek sok tanára közelről ismerte a modern tudomány élvonalbeli elméit. Henry és Frederick voltak a Cavendish család első tagjai, akik a Hackney Akadémián végeztek, de később ez az iskola nagyon népszerűvé vált más arisztokrata angol családok körében.
1749-ben, tizennyolc évesen Henry belépett a Cambridge -i Egyetemre, és a törzsi hagyományt folytatva a Cavendish család huszonegyedik tagja lett, aki belépett erre az egyetemre. Testvére, Frederick két évvel később belép az egyetemre. Az Isaac Newton gondolatait magába szívó egyetemi tanulmányok nagyban befolyásolták a testvérek világképét. Henry Cavendish 1753-ban diploma megszerzése nélkül otthagyta az egyetemet, mert nem látta szükségesnek a tudományos karriert. Az egyetem elhagyása után elkezdi saját tudományos kutatásait. Cavendish csendes és zárkózott életet élt, nem volt házas. Imádta az igényesen kidolgozott bútorokat, amelyekről a dokumentumok szerint "tíz széket és egy mahagóni kanapét vett szatén kárpitozással". Szolgáival kizárólag jegyzetekkel kommunikált, személyes kapcsolatokat nem kezdett a családon kívül. Egy forrás szerint Cavendish, hogy hazajusson, gyakran használta a hátsó ajtót, hogy elkerülje a házvezetőnővel való találkozást. Egyes modern orvosok (például Oliver Sachs ) azt sugallják, hogy Cavendish Asperger-szindrómában szenvedett , bár lehet, hogy egyszerűen nagyon félénk volt. Társadalmi köre csak a Royal Society klubjára korlátozódott , amelynek tagjai együtt vacsoráztak a heti összejövetelek előtt. Cavendish ritkán hagyta ki ezeket a találkozókat, és kortársai mélyen tisztelték. Tudományos eredményeit nem publikálta folyóiratokban és más módon nem terjesztette.
Cavendish nagylelkű jótevő volt . Egyszer, miután megtudta, hogy egy diák, aki segített neki a könyvtár megszervezésében, nehéz anyagi helyzetben van, azonnal írt neki egy 10 ezer font csekket - akkoriban hatalmas összeget.
Cavendish teljesen közömbös volt az őt körülvevő világ iránt, és soha nem érdekelte a világban zajló események – még akkor sem, ha olyan jelentősek, mint a francia forradalom vagy a napóleoni háborúk , amelyek végigsöpört Európán .
Cavendish 1810. február 24-én halt meg, 700 000 GBP vagyont és további 6000 GBP éves jövedelmet hagyva hátra a hagyatékból. Ebből a vagyonból egyetlen fontot sem ajánlottak fel a tudomány szükségleteire. A végrendelet kategorikus követelményt tartalmazott, hogy a kriptát a koporsójával közvetlenül a temetés után szorosan be kell falazni, és kívül nem volt olyan felirat, amely arra utalna, hogy kit temettek el ebben a kriptában. És így is lett. Cavendish-t a derbyi katedrálisban temették el . A holttest vizsgálata, boncolás nem történt.
Öccse, Frederick huszonegy évesen súlyos agykárosodást szenvedett, miután a Cambridge-i Egyetemen végzett évfolyamán kiesett az ablakon . A bizonyítékok arra utalnak, hogy megpróbálta megismételni Benjamin Franklin híres kísérletét a villámlás természetéről közelgő zivatar idején . Egész életében különleges gondoskodásra volt szüksége.
Cavendish publikált munkája elsősorban a gázkutatással foglalkozik, és az 1766-1788 közötti időszakra vonatkozik. A "mesterséges levegő " tudós fő munkájára összpontosítunk . Ez a munka nagy tudományos érdeklődésre tart számot, a víz összetételéről és tulajdonságairól szól .
Cavendish pneumatikai kutatásai figyelemre méltóak az általa végzett felfedezések számában. Ezek közül a legjelentősebbek közé tartozik a hidrogén és a szén-dioxid tulajdonságainak első teljes körű ismertetése; a légköri levegő összetételének állandóságának bemutatása és összetételének első számítása viszonylag nagy pontossággal; híres kísérletek feljegyzései, amelyek a víz nem triviális tulajdonságainak felfedezéséhez és a salétromsav összetételének felfedezéséhez vezettek .
Cavendish gyümölcsöző kísérletei előtt pneumatikus kémia alig létezett. A világ néhány tudósának munkáiban volt utalás a „rugalmas folyadékra”, amely részt vesz bizonyos kémiai átalakulásokban. Paracelsus némileg ismerte a hidrogént . Van Helmont , aki bevezette a " gáz " fogalmát, a szén-dioxid és néhány éghető gáznemű szén- és kénvegyület felszabadításán dolgozott , Boyle szénsavval és hidrogénnel találkozott kísérleteiben.
Ezek a tudósok álltak a legközelebb ahhoz, hogy a gázokat mint egyedi anyagokat megértsék, de túl keveset tudtak különféle tulajdonságaikról, amelyek alapján ezek a gázok megkülönböztethetők és felismerhetők. A 18. század második felének szinte minden vegyészére jellemző volt az a hiedelem, hogy a reakció során nem egyes gázok, hanem egyszerű , különböző hevítési fokozatú levegő szabadul fel. A pneumatikus kémia fejlesztése csak a különböző reakciókban nyert mesterséges levegő különbségeinek megfigyelése alapján valósulhatott meg , de a kémikusok kevés figyelmet fordítottak ezekre a különbségekre, csak a légköri levegőből nyert gázok hasonlóságaira és különbségeire mutattak rá.
Feltűnő példa Stephen Hales híres esszéi , amelyekben olyan reakciókról ír, amelyek során "légköri levegő " vagy "elasztikus folyadékok " szabadulnak fel. A modern elképzelések szerint kutatásai során valójában oxigént , hidrogént , nitrogént , klórt , szén-dioxidot , kénsavat és egyéb gázokat kapott . Gales nem vett észre különbségeket a kapott anyagok szagában, színében, vízben való oldhatóságában és éghetőségében. A légköri levegővel azonosnak tartotta őket , mivel ugyanolyan rugalmasságot mutattak, és (a tudós szerint a berendezés pontatlansága miatt) azonos súlyúak. Feltűnő reakcióképességbeli különbségeiket az "igazi levegő" és az idegen szennyeződések véletlenszerű keveredésének eredményének tekintette, nem pedig a különféle "rugalmas folyadékok" vagy gázok lényeges és megkülönböztető tulajdonságainak.
Hakort Boyle kísérleteit vizsgálva néhány különbséget észlelt az általa nyert "rugalmas folyadékok" és a légköri levegő között. Egyéb bizonyíték hiányában ezt az elméletet hamisnak minősítették.
1754-ben azonban megjelent Black első disszertációja , amely legalább egy „rugalmas folyadék” létezését mutatja, amely állandó kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, eltér a légköri levegő tulajdonságaitól . Mivel kutatásai eredményei ellentétesek az uralkodó véleménnyel, nem meri megnevezni a felszabaduló gázt ( hidrogén ), és kísérleti hibára hivatkozik, tervezve ennek pontosabb megfogalmazását a jövőben.
Black azonban nagy lépést tesz elődeihez képest. Későbbi írásaiban leírja a szénsav oldatának tulajdonságait ; tizenkét évvel később Cavendish kimutatta, hogy szabad állapotban pontosan ugyanazokkal a kémiai tulajdonságokkal rendelkezik.
Első jelentését a gázokról 1766-ban tették közzé mesterséges levegő címmel. Úgy kezdődik, hogy a mesterséges levegőt úgy határozza meg , mint "bármilyen levegőt, amely más szervekben "rugalmatlan" állapotban van, és onnan beszerezhető." Az alábbiakban Black munkájára hivatkozunk , amelyben kijelenti, hogy a jövőben a "fix levegő" kifejezést használni kívánja az alkáli- és alkáliföldfém -karbonátokban lévő gázokkal kapcsolatban . Cavendish ezt a levegőt "nem éghetőnek" is nevezi, ellentétben azzal a levegővel, amely az élő szervezetek bomlása és a fémek savakkal való kölcsönhatása során szabadul fel . Az „éghető” és „nem éghető” levegő kifejezések széles körben alkalmazhatók.
Cavendish három részre osztja üzenetét: az első a hidrogénre , a második a szén-dioxidra , a harmadik az erjedés és a bomlás során felszabaduló gázokra vonatkozik . A Cavenidsh főbb megfigyelései a következők: a cink , a vas és az ón voltak az egyetlen fémek , amelyek "éghető levegőt" bocsátottak ki, amikor kölcsönhatásba léptek híg kén- és sósavoldatokkal . A cink mindkét savban gyorsabban oldódott, mint a vas és az ón, de ugyanannyi levegő szabadult fel, függetlenül a felhasznált savtól . A vas ugyanannyi "éghető levegőt" adott a különböző erősségű kénsavas oldatokban. Az ón a legjobban meleg sósavban oldódik. Egy uncia cink körülbelül 356, egy uncia vas 412, és egy uncia ón 202 uncia "fűtőgázt" termelt .
Mindezek a fémek könnyen oldódnak a dinitrogén-oxidban ( salétromsav ) és "nem éghető levegőt" ( nitrogén-oxidokat ), valamint forró vitriololajat (tömény kénsav ) termeltek, ami szintén erős kellemetlen szagú "nem éghető levegőt" eredményez. .
Ezekből a megfigyelésekből Cavendish arra a következtetésre jutott, hogy amikor a fémeket híg kénsavban vagy sósavban oldják , " flogisztonjaik elrepülnek , és nem változtatják meg természetüket a sav változásával és "éghető levegőt" képeznek, de amikor a fémek kölcsönhatásba lépnek tömény kén- vagy salétromsavval, flogisztonjuk elveszti gyúlékonyságát."
Munkájában Cavendish az "éghető gáz" ( hidrogén ) következő tulajdonságaira mutatott rá: nem veszíti el rugalmasságát, nem mutat észrevehető vízoldódást és lúgokkal való kölcsönhatást . Cavendish azt is vizsgálta, hogy az oxigén és hidrogén keveréke milyen hatással van a robbanásveszélyre. Egy rész "éghető levegő" és kilenc rész "közönséges" keveréke kizárólag a kérdéses edényben égett. 8 rész "éghető levegő" és 2 rész "normál" keveréke robbanás nélkül meggyulladt. A hidrogén mennyiségének körülbelül kétszeresére növelésével az égés robbanással történt. Ezekből a kísérletekből Cavendish megpróbálta megállapítani a hidrogén és a légköri levegő arányát, amely a keverék teljes elégetéséhez szükséges, de hibát követett el, mert azt hitte, hogy két térfogat hidrogénhez 7 térfogat levegő kell, míg az utóbbiból 5 térfogat. legyen elég.
Cavendish megpróbálta meghatározni az "üzemanyaggáz" hidrogén tömegét is . Arra a következtetésre jutott, hogy a gyúlékony levegő 8760-szor könnyebben távozott, mint a víz , vagy 11-szer könnyebb, mint a "közönséges levegő" (a hidrogén valójában 14,4-szer könnyebb a levegőnél).
Cavendish munkája első részét a réz és a sósav kölcsönhatásának tanulmányozásával fejezi be, és megkísérli ily módon "éghető gázt " előállítani. A tudós arra a következtetésre jut, hogy a reakcióban felszabaduló gáz (gáz-halmazállapotú sósav ) nem gyullad meg légköri levegővel keveredve, és a vízzel való kölcsönhatás során is veszít rugalmasságából (az oldódás miatt), ami azt jelenti, hogy nem lehetséges. lehetségesnek látszik ilyen módon „éghető gáz” előállítása. Cavendish nem vizsgálta a gáznemű sósavat.
Cavendish munkájának második része a "Kísérletek kötött levegőn vagy lúgos anyagokból savakkal való reakcióval vagy kalcinációval nyert mesterséges levegőn " címet viseli.
A munka ezen részét leírva Cavendish Black eredményeire támaszkodik a szénsavnak a karbonátok keménységére gyakorolt hatására vonatkozóan . Cavendish úgy nyert szén-dioxidot , hogy márványt oldott sósavban . Megállapította, hogy a felszabaduló gáz vízben oldódik , gyorsan reagál lúgokkal , de akár egy évig is fennmaradhat higanyréteg alatt , anélkül, hogy elveszítené rugalmasságát és kémiai tulajdonságait. A szén-dioxid vízben való oldhatóságának meghatározására Cavendish egy olyan készüléket használt, amelynek felfedezését gyakran Priestley -nek tulajdonítják . Egy higannyal töltött mérőedényben Cavendish ismert mennyiségben bocsátotta vízre a vizsgált gázt és vizet; így megállapította, hogy "55°-os hőmérsékleten a víz sokkal többet nyel el a vizsgált gázból, mint a közönséges levegő ". Kísérletei során azonban azt tapasztalta, hogy a víz nem mindig ugyanannyi gázt vesz fel a márványban kötött állapotban. A tudós ezt a tényt azzal magyarázta, hogy ez a gáz különböző vízoldékonyságú anyagokat tartalmaz. A tudós azt is megállapította, hogy a hideg víz sokkal többet old fel ebből a gázból, mint a forró víz; ennek a ténynek a magyarázatára a forrásban lévő víz példáját hozta fel, amely nemcsak hogy nem képes semmilyen gázt felvenni, hanem megfosztja attól is, amit már felszívott.
A szénsav sűrűségét ugyanúgy határoztuk meg, mint a hidrogén esetében, kiderült, hogy a légköri levegő sűrűségének 1,57-e . Ez a meghatározás jól reprodukálja a jelenleg ismert 1,529-es értéket. A meghatározás pontatlansága gáz-halmazállapotú sósav- keverék jelenlétével , valamint a berendezés tökéletlenségével kapcsolatos. Kísérletsorozatot végeztek a szén-dioxid égési folyamatra gyakorolt hatásával kapcsolatban, a Cavendish egy egyszerű berendezést használt, amely egy üvegedényt és egy viaszgyertyát tartalmazott. Mivel csak légköri levegő volt az edényben, a gyertya 80 másodpercig égett. Amikor az edény egy rész "kötött levegőt" (szén-dioxidot) és 19 rész légköri levegőt tartalmazott, a gyertya 51 másodpercig égett, 1:9 arányban - csak 11 másodpercig. Így még kis mennyiségű szén-dioxid hozzáadása a légköri levegőhöz megfosztja az utóbbit attól, hogy fenntartsa az égést .
Az alábbiakban az alkálifém- karbonátokban lévő "kötött levegő" mennyiségének meghatározására tett kísérletek láthatók . Ennek érdekében Cavendish megmérte az oldat tömegveszteségét a karbonátok és a sósav kölcsönhatása során . Arra a következtetésre jutott, hogy az ammónium-karbonát sokkal több kötött levegőt tartalmaz, mint a márvány , mert a sósavval való reakció hevesebb volt.
Cavendish munkájának harmadik része "Az erjedési és rothadási folyamatok során keletkező levegőnek " szól. McBride Black javaslatát követve kimutatta, hogy ezekben a folyamatokban kizárólag szén-dioxid szabadul fel . Cavendish megerősítette ezt az eredményt édes bor és almalé erjesztésével kapcsolatos kísérletekkel. Valójában az ezekben a folyamatokban felszabaduló gázt a kálium-karbonát teljesen elnyelte , és vízoldhatósága , lánghatása és fajsúlya is ugyanolyan volt , mint a márványból felszabaduló "levegő" .
Cavendish a bomlás során felszabaduló gázokat úgy szerezte meg, hogy a levest a víz forráspontjához közeli hőmérsékleten lebontotta . A kísérletet addig végezték, amíg a gáz kibocsátása meg nem szűnt. A keletkező gázt kálium-karbonát oldaton vezették át , miközben a szén-dioxid elnyelődött, és a "rendes levegő " és némi "éghető levegő" keveréke megmaradt 1:4,7 arányban. Továbbá Cavendish meghatározta a kapott keverék fajsúlyát, és összehasonlította 1 rész atmoszférikus levegő és 4,7 rész hidrogén fajsúlyával ; ez utóbbiak aránya kisebbnek bizonyult. A tudós arra a következtetésre jutott, hogy a kapott új „éghető gáz” szinte ugyanolyan természetű, mint a fémek savakkal való kölcsönhatásából nyert .
Cavendish pontosan meg tudta határozni a Föld légkörének összetételét . Gondos mérések után a tudós arra a következtetésre jutott, hogy "a közönséges levegő egy rész levegőből áll flogiszton nélkül (oxigén) és négy rész levegőből flogisztonnal (nitrogénnel)."
Az 1785-ös munkában egy kísérletet írnak le, amelyben Cavendishnek sikerült eltávolítania az oxigént és a nitrogént a légköri levegő mintájából, ugyanakkor volt egy bizonyos rész, amelyet a tudós nem tudott eltávolítani az általa ismert módszerekkel. Ebből a kísérletből Cavendish arra a következtetésre jutott, hogy a légkör levegőjének legfeljebb 1/120-a áll az oxigénen és a nitrogénen kívül más gázokból. Körülbelül száz évnek kellett eltelnie ahhoz , hogy Ramsay és Rayleigh , többek között Cavendish munkásságára támaszkodva, bebizonyítsa, hogy a légköri levegőnek ez a maradék része főleg argon , és még később más inert gázokat is találtak benne .
Cavendish a kémia területén elért eredményei mellett olyan kísérleteiről is ismert, amelyekkel meghatározta a Föld sűrűségének értékét , ami egyben a Föld tömegének meghatározását is jelentette, hiszen a Föld sugara már ismert volt. elegendő pontossággal, és egyszerű számításokkal a gravitációs állandó számértékének meghatározásához is (ami valószínűleg Poisson mechanikai traktátusa (1811) után történt, ahol a gravitációs állandót tiszta formájában vezették be). Cavendish eredményei alapján kiszámítható a G = 6,754⋅10 −11 N m²/kg² [7] értéke, ami jó összhangban van a jelenleg elfogadott 6,67384⋅10 −11 N m²/kg² értékkel [ 7] 8] .
A kísérletet eredetileg John Michell javasolta . Ő volt az, aki megtervezte a kísérleti elrendezés fő részét - a torziós mérleget, de 1793 -ban meghalt anélkül, hogy kísérletet végzett volna. Halála után a kísérleti összeállítás Cavendishhez szállt, aki módosította az elrendezést, 1797-ben elvégezte a kísérleteket, majd 1798-ban leírta a Philosophical Transactions -ben [9] . Ez a mű a maga idejében a fizikai kísérletezés művészetének páratlan remeke volt.
A kísérleti összeállítás egy torziós mérlegből állt, amely két 350 font súlyú ólomgolyó és egy pár 1,61 font 2 hüvelykes golyó közötti gravitációs erőt mérte . Ezzel a berendezéssel Cavendish megállapította, hogy a Föld átlagos sűrűsége 5,48-szorosa a víz sűrűségének . John Henry Poynting később megjegyezte, hogy az adatoknak 5,448-as értéket kellett volna eredményezniük, és ez a szám valóban a munkájában leírt huszonkilenc Cavendish-kísérlet átlaga. Ez az eredmény azonban közel 100 évig nem volt ismert, mivel Cavendish nem törődött sem munkája publikálásával, sem a tudományos világ elismerésével. Jelenleg a Föld sűrűségét 5,5153 g/cm³-re becsülik.
Sok forrás nem egészen pontosan írja le a gravitációs állandó vagy a Föld tömegének mérését Cavendish munkásságának közvetlen céljaként, és erre a pontatlanságra már számos szerző felfigyelt [10] [11] [12] [13] . Valójában Cavendish fő célja, amennyire saját előadásából következik, csak a Föld sűrűségének meghatározása volt, de ez az eredmény szolgált alapul mind a Föld tömegének, mind a G gravitációs állandó kiszámításához, amely csak 100 évvel a Cavendish-kísérlet után vezették be szisztematikus felhasználásra (a GM-kombinációktól elkülönítve) [14] .
Cavendish számos tanulmányt írt az elektromosság tulajdonságairól a Royal Society számára, de kísérleteinek nagy részét James Maxwell csak egy évszázaddal később, 1879- ben gyűjtötte össze és tette közzé , röviddel azután, hogy más tudósok is ugyanerre az eredményre jutottak. Cavendish felfedezései közé tartoznak [15] :
Cavendish kísérleti úton megállapította (1771) a közeg hatását a kondenzátorok kapacitására, és meghatározta (1771) számos anyag dielektromos állandójának értékét.
1775-ben meghívott hét kiváló tudóst, hogy mutassanak be egy általa tervezett mesterséges elektromos sugarat , és mindenkit olyan áramütésben részesített, ami teljesen megegyezik azzal, amivel a valódi rája megbénítja áldozatait. A műsor végén pedig ünnepélyesen bejelentette a vendégeknek, hogy ez az általa bemutatott új erő forradalmasítja majd egyszer az egész világot.
A fázisátalakulások hőjének és a különböző anyagok fajhőkapacitásának meghatározásával foglalkozott. Feltalált eudiométer - éghető anyagokat tartalmazó gázkeverékek elemzésére szolgáló eszköz , párátlanítókat vezetett be a gyakorlatba. Sok 19. századi találmányra számított az elektromosság területén, de minden munkája a devonshire-i családi archívumban maradt egészen addig, amíg James Maxwell 1879-ben ki nem adta válogatott műveit. És még most is több olyan kézirattal, műszerrel megtöltött doboz, amelyek rendeltetése meghatározhatatlan, válogatás nélkül marad.
1935-ben a Nemzetközi Csillagászati Unió Henry Cavendish után elnevezett egy krátert a Hold látható oldalán .
Bár széles körben elterjedt az a vélemény, hogy a világhírű Cavendish Laboratórium Henry Cavendishről kapta a nevét, ez nem igaz. Nevét rokonáról, William Cavendishről, Devonshire 7. hercegéről kapta. A Cambridge-i Egyetem kancellárja volt, és jelentős összeget adományozott a világ első oktató- és kutatólaboratóriumának megnyitására az egyetemen.
Tematikus oldalak | ||||
---|---|---|---|---|
Szótárak és enciklopédiák |
| |||
Genealógia és nekropolisz | ||||
|