Что открыл кавендиш в физике
Генри Кавендиш
Одна из самых эксцентричных личностей в истории становления и развития научной мысли – выдающийся естествоиспытатель, экспериментатор и теоретик Генри Кавендиш – был довольно богатым аристократом и родственником герцогов Девонширских. Кавендиш появился на свет 10 ноября 1731 года во французском городе Ницце. Мать его, леди Энн Грей, скончалась после рождения его брата, Генри в тот период было приблизительно 2 года. В возрасте 18 лет молодой человек успешно поступил в Кембриджский университет, однако, спустя три года покинул его, так не получив научной степени. Спустя некоторое время юноша вернулся в Лондон, в дом своего отца, лорда Чарльза, человека в достаточной степени образованного и упоённо интересовавшегося популярной в тот период темой электричества.
Сэр Генри проявлял недюжинный интерес к науке (или естественной философии, как её ещё называли в то время). Он унаследовал от отца помимо его интересов достаточно сдержанное отношение к обнародованию своих трудов. Учёный построил лабораторию и мастерскую для работы и жил достаточно уединённо, с упоением отдаваясь научным изысканиям. Кавендиш никогда не был женат и основательный отрезок своей жизни провёл как отшельник, всецело отдаваясь научному труду. Даже единственный существующий его портрет был написан тайно. К своему дому он пожелал пристроить внешние ступени и велел слугам пользоваться исключительно ими. Тех, кто не выполнял приказ, сэр Генри тут же увольнял.
Современники вспоминали о нём, как о наиболее мудром среди богачей и наиболее богатом среди мудрецов. Излюбленным способом тратить деньги для Кавендиша была благотворительность. Он тратил на помощь студентам миллионы фунтов, но богатство его загадочным образом нисколько не уменьшалось.
Сэр Генри имел необычайные способности: он мог определить силу тока, притрагиваясь рукой к электрической цепи. Кавендиш придерживался мнения, что теплота является следствием внутреннего движения частиц. Не обращая внимания на свой титул и богатство, сэр Генри избегал светской жизни. С удовольствием он посещал только научные собрания, где также старался не привлекать к себе особого внимания.
Генри Кавендиш — великий химик-первооткрыватель
Основным направлением его научной деятельности – было химическое исследование газов. Именно благодаря Генри Кавендишу мы сейчас пользуемся горючим газом под названием водород. В одной из первых работ под названием «Искусственный воздух» он подробно рассказывает об открытии горючего воздуха. Им был разработан процесс сбора, очистки и исследования газов, благодаря которому были получены водород с углекислым газом. Тем же способом были установлены вес и физические свойства этих элементов. В 1781 году ученым был определен физический состав воздуха, а немного позднее, в 1784 году, при сжигании водорода был определен химический состав воды, чем изменил мнение об ее элементарном строении. Так же, благодаря этому эксперименту, было установлено, что кислород в воздухе составляет 20,83% объем. Современные же ученые исправили эту цифру на более точную – 20,95%.
В 1772 году ученым был открыт азот. При помощи искры, выработанной электричеством, Генри получил оксид азота и изучил его свойства. Он доказал, что когда электрическая дуга проходит через воздушный слой над водной поверхностью, азот вступает в реакцию с кислородом, в следствии чего получается азотная кислота. При чем Кавендиш дополнительно указал и на то, что одна сотая часть исходного объема воздуха не реагирует с кислородом. К сожалению, в силу несовершенства проведения анализа и примитивности приборов тех времен, Генри не смог открыть в невступившей в реакцию части воздуха еще один газ – аргон. Это сделал позже в 1894 году Вильям Рамзай.
Есть еще одна любопытная деталь: исследования азота Кавендиш проводил параллельно с другим ученым Д. Резерфордом. И из–за своей скромности, Генри, после проведения работ, поделился результатами лишь со своим другом и опубликовал с вою работу с огромным опозданием. В следствии чего Резерфорд стал полноправным открывателем этого газа.
Оборудование для исследования газов
Физические исследования Генри Кавендиша
В области физики Генри Кавендишу принадлежат опыты по измерению гравитационной силы. В результате этих экспериментов была вычислена плотность нашей планеты. Для вычислений Генри использовал оборудование построенное, Джоном Мичеллом. Оно представляло собой вращающиеся весы для измерения притяжения между двумя шариками, состоящими из свинца массой в 350 фунтов, и еще двумя массой 1,61 фунта. В результате было установлено, что плотность планеты в 5,48 раз превышает плотность воды. Позднее Дж. Г. Пойнтинг дополнил, что результаты должны были составлять значение 5,448, которое было средним после проведения 29 экспериментов.
Кавендиш написал множество работ для Королевского общества, которые были опубликовании только спустя сто лет в 1879 году Дж. Максвеллом. Его открытиями в сфере электричества являются следующие:
Сэр Генри ушёл из жизни 24 марта 1810 года в возрасте 79 лет. В завещании Кавендиша содержалось требование похоронить его в тщательно замурованном гробу без единой надписи. Будучи атеистом, Кавендиш запретил проводить над его телом после смерти какие-либо религиозные обряды. В Кембридже его именем назвали лабораторию.
Генри Кавендиш биография и материалы
Генри Кавендиш (1731-1810) был британским физиком и химиком, известным своими открытиями, такими как состав воды или расчет плотности Земли. Он также был первым, кто получил водород, и из своих работ он вывел расчет гравитационной постоянной.
Кавендиш родился в Ницце в 1731 году, в месте, где его родители оказались в неформальной обстановке. Он учился в Кембридже, но не получил степень по дополнительным академическим причинам. Полученное наследство позволило ему полностью сосредоточиться на исследовании, не отвлекаясь больше, чем на еженедельные встречи в Королевском обществе..
Помимо своего таланта ученого, Кавендиш был известен своей нетрадиционной личностью. Ему не нравилось личное обращение с кем-либо, что значительно возросло, когда дело дошло до женщин. Его застенчивость, самоотверженность и вкус к одиночеству заставили многих думать, что он, возможно, страдал от болезни Аспергера..
Это вызвало то, что некоторые из его открытий не были обнародованы до времени после его смерти, в результате чего другие ученые воспользовались достоинствами, которые соответствовали бы Кавендишу, если бы этот опубликовал его работы.
биография
Генри Кавендиш появился на свет 10 октября 1731 года в Ницце, сегодня во Франции, а затем принадлежал к королевству Сардиния.
Его родители, богатые представители английского дворянства, были там, чтобы попытаться облегчить деликатное состояние здоровья леди Энн Грей, матери будущего ученого. Женщина умрет через два года.
Благодаря хорошему семейному положению молодой Кавендиш вырос со всеми удобствами. Однако уже в это время стали проявляться признаки его одинокого характера. По словам его биографов, он не только избегал общения с другими, но и отказ от контакта с человеком граничил с болезненным.
Согласно летописцам, Генри был очень замкнутым, с глубоко эксцентричными и довольно женоненавистными чертами. Многие думают, что он страдал от синдрома Аспергера, который объяснил бы его образ жизни.
Кавендиш оставался одиноким всю свою жизнь. Его дядя Джордж Кавендиш видел его всего несколько минут в году. Его отвращение к женщинам было таким, что он общался со слугами посредством письменных заметок, угрожая уволить любого, кто предстал перед ним..
исследования
Школа Ньюкомба в Хакни была местом, выбранным для Кавендиша, чтобы начать учебу, когда ему было 11 лет. Когда он закончил этот этап, в 1749 году он поступил в Питерхаус Кембриджского университета.,
По словам его учителей, он был прикладным студентом, хотя обременен его застенчивостью. Он едва говорил и, казалось, всегда был заперт в своем мире.
Однако не в этом причина, по которой он не получил диплом в Кембридже. Кавендиш отказался участвовать в религиозных службах, которые проходили в университете, что было обязательным. Таким образом, заканчивая годы обучения в 1753 году, они не согласились дать ему звание..
После этого Кавендиш оставил сезон в Париже, где он расширил свои знания в области физики и математики..
Интерес к науке
По возвращении в Англию Кавендиш продолжал углублять научные предметы, которые его интересовали. Его отец, фанат науки, сыграл важную роль в будущем его сына, так как он привел его к экспериментам, которые были разработаны в Королевском обществе. Кроме того, он заставил их построить частную лабораторию для своего сына.
Когда отец Кавендиша умер, он начал тесно сотрудничать с Чарльзом Благденом, который также отвечал за сохранение мира от ученого..
Взрослая жизнь
Образ жизни Кавендиша всегда был очень строгим. Пока ему не исполнилось сорок лет, он жил на небольшой доход, который потратил его отец. Это изменилось, когда в 1773 году он унаследовал значительную сумму от своего дяди, лорда Джорджа Кавендиша..
В общей сложности он получил более миллиона фунтов, что сделало его одним из величайших миллионеров своего времени. Научный коллега, французский Баптист Био, сказал, что Кавендиш был «самым богатым из всех мудрых и, возможно, самым мудрым из всех богатых».
Несмотря на свое недавно приобретенное богатство, Кавендиш не изменил своего образа жизни. Все источники утверждают, что он не имел никакого интереса за деньги, и его единственными значительными расходами были научный материал и книги по физике и химии..
Его библиотека выросла настолько, что ему пришлось установить ее в отдельном доме, открыв для избранной группы коллег.
Королевское общество
Не изменилась и его личность. Его единственным занятием было научное исследование, которое он проводил в своем собственном лондонском доме. У него были только некоторые социальные отношения на сессиях Королевского общества, где он представил свои открытия.
В этом заведении каждую неделю проводился обед, на котором ученые делились своими выводами. Несмотря на то, что он был среди равных, Кавендиш поддерживал свою застенчивость почти каждый раз. Остальные участники знали о своих особенностях, поэтому они обычно оставляли это тихим.
Его биографы утверждают, что Королевское общество пропагандировало стратегию борьбы с ней: что они будут ходить рядом с ним случайным образом и что они будут говорить так, как будто они движутся к пустоте.
Видимо, если то, что было сказано, показалось интересным, Кавендиш мог ответить шепотом. В противном случае собеседник только услышал писк и вскоре увидел, что Кавендиш пойдет в самый тихий угол комнаты..
Его работа, однако, принесла ему некоторое признание среди исследователей. Таким образом, в 1773 году Кавендиш был избран членом Общества антикваров, а также попечителем Британского музея. Позже, в 1803 году, институт Франции принял его в свои ряды.
смерть
Генри Кавендиш скончался 24 февраля 1810 года в своем доме в лондонском Сити. Ему было 78 лет, и он оставил важное научное наследство и наследство миллионера.
Доказательством его бытия является история о дне его смерти. Кажется, что, чувствуя его конец, Кавендиш приказал своему слуге, что никто не должен приближаться к нему до наступления темноты. Слуга, обеспокоенный своим боссом, предупредил одного из своих немногих друзей, сэра Эверарда, который быстро пришел в дом.
Там он нашел умирающего ученого, но с тем же характером. Несмотря на его состояние, он сказал ему, что быть там бесполезно, так как он умирал, и это ему не поможет..
Кроме того, он обратился к слуге, предупредив и прокомментировав, что к его почти 80 годам любое продление его жизни приведет лишь к росту его страданий..
Его друг настоял на том, чтобы остаться с ним на всю ночь, пока Кавендиш не истечет на рассвете.
взносы
Вклад Генри Кавендиша в науку был очень важен для его времени. Основные из них были посвящены исследованию химии воздуха и воды, а также плотности Земли. По мнению экспертов, они отличаются большой точностью своих расчетов.
Его уже упоминавшееся отсутствие интереса к социальным отношениям сделало признание более ограниченным, чем он заслуживал.
В конце девятнадцатого века, просматривая свои труды, он обнаружил, что сделал открытия об электричестве, о которых никто не знал. Это заставило других ученых взять кредит, который бы соответствовал.
Получение водорода
В 1766 году Кавендиш провел несколько экспериментов с использованием сильных кислот (которые разлагаются при контакте с водным раствором) и некоторых металлов.
В результате этих исследований впервые был получен водород, элемент, который ученый назвал флогистоном («воспламеняющийся воздух»). Он также обнаружил, что газ легче.
Позже, в 1781 году, он понял, что если водород сжигался в закрытом контейнере, стены были покрыты водой. Это позволило ему подтвердить, что элемент имел несколько компонентов, что-то неизвестное до этого момента.
Он также исследовал состав атмосферы. Их результаты были очень похожи на результаты, полученные сегодня с более продвинутыми средствами. Таким образом, он обнаружил присутствие углекислого газа и ожидал почти столетие открытия благородных газов.
Кавендишский эксперимент: плотность Земли
Его знаменитый «Кавендишский эксперимент» позволил ему рассчитать массу Земли и привел к открытию значения универсальной гравитации..
Кавендиш опубликовал свои результаты в 1789 году в своей работе «Эксперименты по определению плотности Земли». Данные, предоставленные ученым, заключались в том, что плотность планеты была в 5,45 раза больше плотности воды, что очень близко к текущим измерениям..
Исследователь также определил плотность атмосферы и экспериментально продемонстрировал, что закон тяготения Ньютона был соблюден для любой пары тел.
электричество
Хотя его работы не были обнаружены до столетия спустя, Кавендиш сделал важные открытия в области электричества. Среди них закон притяжения между электрическими зарядами и понятие электроэнергии.
Доказательством того, что эти открытия были открыты в эпоху, в которой жил ученый, является способ измерения электрического тока..
Поскольку подходящих инструментов не было, Кавендиш подключал кабели к своему телу и подвергался постепенным разрядам, вычисляя интенсивность в соответствии с болью, которую он чувствовал..
Генри Кавендиш: биография и вклад
Содержание:
Генри Кавендиш (1731-1810) был британским физиком и химиком, известным своими открытиями, такими как состав воды или расчет плотности Земли. Точно так же он был первым, кто получил водород и вывел из своей работы расчет гравитационной постоянной.
Кавендиш родился в 1731 году в Ницце, где временно жили его родители. Он учился в Кембридже, хотя не получил ученой степени по дополнительным академическим причинам. Полученное наследство позволило ему полностью сосредоточиться на исследованиях, не отвлекаясь, кроме еженедельных встреч в Королевском обществе.
В дополнение к своим талантам как ученый Кавендиш был известен своей нетрадиционной личностью. Ему не нравился личный контакт ни с кем, что особенно усиливалось, когда дело касалось женщин. Его застенчивость, замкнутость и склонность к одиночеству заставили многих подумать, что у него может быть синдром Аспергера.
Это привело к тому, что некоторые из его открытий не были обнародованы до тех пор, пока он не умер, в результате чего другие ученые получили признание, которое досталось бы Кавендишу, если бы он опубликовал свою работу.
биография
Генри Кавендиш явился на свет 10 октября 1731 года в Ницце, сегодня во Франции, а затем принадлежавшем королевству Сардиния.
Его родители, состоятельные представители английского дворянства, прибыли сюда, чтобы попытаться облегчить хрупкое состояние здоровья леди Энн Грей, матери будущего ученого. Через два года женщина умерла.
Благодаря хорошему семейному положению юный Кавендиш рос со всеми удобствами. Однако уже тогда у него стали проявляться признаки одиночества. По словам его биографов, он не просто избегал общения с другими, но его отказ от контактов с людьми граничил с болезнью.
По словам летописцев, Генрих был очень замкнутым, глубоко эксцентричным и весьма женоненавистником. Многие думают, что он страдал синдромом Аспергера, что объясняет его образ жизни.
Кавендиш оставался холостым всю свою жизнь. Своего дядю, Джорджа Кавендиша, он видел всего несколько минут каждый год. Его неприязнь к женщинам была такова, что он общался со слугами посредством письменных заметок, угрожая уволить любого, кто появится перед ним.
Исследования
Школа Ньюкомб в Хакни была выбрана местом, где Кавендиш начал учебу, когда ему было 11 лет. Когда этот этап закончился, в 1749 году он поступил в Петерхаус Кембриджского университета.
По словам его учителей, он был прилежным учеником, хотя его отягощала его застенчивость. Он почти не говорил и, казалось, всегда был заперт в своем мире.
Однако не это было причиной того, что он не окончил Кембридж. Кавендиш отказался участвовать в религиозных службах, проводившихся в университете, что было обязательным. Таким образом, по окончании его обучения в 1753 году они не согласились дать ему титул.
После этого Кавендиш уехал на сезон в Париж, где расширил свои знания по физике и математике.
Интерес к науке
По возвращении в Англию Кавендиш продолжал углубляться в научные темы, которые его интересовали. Его отец, увлеченный наукой, сыграл важную роль в будущем сына, поскольку он брал его с собой на эксперименты, которые проводились в Королевском обществе. Кроме того, он построил для своего сына частную лабораторию.
Когда отец Кавендиша скончался, он начал тесно сотрудничать с Чарльзом Благденом, которому также было поручено держать мир подальше от ученого.
Взрослая жизнь
Образ жизни Кавендиша всегда был очень строгим. До сорока лет он жил на небольшой доход, который давал ему отец. Ситуация изменилась, когда в 1773 году он унаследовал значительную сумму от своего дяди лорда Джорджа Кавендиша.
В общей сложности он получил более миллиона фунтов стерлингов, что сделало его одним из великих миллионеров своего времени. Другой ученый, Батист Био из Франции, заявил, что Кавендиш был «самым богатым из всех мудрецов и, вполне возможно, самым мудрым из всех богатых».
Несмотря на обретенное богатство, Кавендиш не изменил своего образа жизни. Все источники утверждают, что его не интересовали деньги, и его единственными значительными расходами были научные материалы и книги по физике и химии.
Его библиотека разрослась настолько, что ему пришлось установить ее в отдельном доме, открыв для избранной группы коллег.
Королевское общество
И его личность не изменилась. Его единственным занятием были научные исследования, которые он проводил в собственном лондонском доме. У него были какие-то социальные отношения только на сессиях Королевского общества, где он представлял свои открытия.
В этом учреждении каждую неделю проводился обед, на котором ученые делились своими открытиями. Несмотря на то, что он был среди равных, Кавендиш сохранял застенчивость почти в каждом случае. Остальные участники знали о его особенностях, поэтому обычно оставляли его в покое.
Его биографы утверждают, что Королевское общество пропагандировало стратегию борьбы с этим: небрежно ходить рядом с ним и говорить так, как будто они направляются в пустоту.
Видимо, если сказанное звучало интересно, Кавендиш мог ответить шепотом. В противном случае собеседник услышал бы только крик и вскоре увидел, что Кавендиш направится в самый тихий угол комнаты.
Однако его работа принесла ему некоторое признание среди исследователей. Таким образом, в 1773 году Кавендиш был избран членом Общества антикваров, а также попечителем Британского музея. Позже, в 1803 году, Institut de France принял его в свои ряды.
Смерть
Генри Кавендиш умер 24 февраля 1810 года в своем доме в лондонском Сити. Ему было 78 лет, и он оставил важное научное наследие и наследство миллионера.
Доказательством его существования является рассказ о дне его смерти. Похоже, что, почувствовав его конец, Кавендиш приказал своему слуге не приближаться к нему до наступления темноты. Слуга, обеспокоенный за своего босса, предупредил одного из своих немногих друзей, сэра Эверарда, который бросился в дом.
Там он нашел умирающего ученого, но с таким же характером. Несмотря на свое состояние, он сказал ей, что ему бесполезно там находиться, поскольку он умирает, и это не принесет ему никакой пользы.
Кроме того, он осудил слугу за то, что тот предупредил его, и заметил, что в почти 80-летнем возрасте любое продление его жизни только усилит его страдания.
Его друг настоял на том, чтобы остаться с ним на всю ночь, пока Кавендиш не умрет на рассвете.
Взносы
Вклад Генри Кавендиша в науку был очень важен для его времени. Основные из них были посвящены исследованиям химического состава воздуха и воды, а также плотности Земли. По мнению специалистов, они отличаются большой точностью расчетов.
Его уже упомянутое отсутствие интереса к социальным отношениям сделало признание, полученное более ограниченным, чем оно того заслуживает.
В конце 19 века, просматривая его труды, было обнаружено, что он сделал открытия в области электричества, о которых никто не знал. Это заставило других ученых взять на себя должное заслугу.
Получение водорода
В 1766 году Кавендиш провел несколько экспериментов с сильными кислотами (теми, которые разлагаются при контакте с водным раствором) и некоторыми металлами.
В результате этих исследований он впервые получил водород, элемент, который ученый назвал флогистоном («горючий воздух»). Точно так же он обнаружил, что легче газа.
Позже, в 1781 году, он понял, что если водород сжигать в закрытом контейнере, стены будут покрыты водой. Это позволило ему заявить, что у предмета было несколько компонентов, которые до того времени были неизвестны.
Точно так же он исследовал состав атмосферы. Его результаты были очень похожи на результаты, полученные сегодня с помощью более совершенных средств. Таким образом, он обнаружил присутствие двуокиси углерода и почти на столетие предвосхитил открытие благородных газов.
Эксперимент Кавендиша: плотность Земли
Его известный «эксперимент Кавендиша» позволил ему вычислить массу Земли и привел к открытию ценности всемирной гравитации.
Кавендиш опубликовал свои результаты в 1789 году в своей работе «Эксперименты по определению плотности Земли». Данные, предоставленные ученым, заключались в том, что плотность планеты была в 5,45 раза больше плотности воды, что очень близко к нынешним измерениям.
Исследователь также определил плотность атмосферы и экспериментально показал, что закон всемирного тяготения Ньютона справедлив для любой пары тел.
Электричество
Хотя его работы стали известны только столетие спустя, Кавендиш сделал важные открытия в области электричества. Среди них закон притяжения между электрическими зарядами и концепция электроэнергии.
Доказательством сложности этих открытий во времена, в которых жил ученый, является способ измерения электрического тока.
Поскольку подходящих инструментов не было, Кавендиш подключал кабели к своему телу и подвергался ступенчатым ударам, рассчитывая интенсивность в зависимости от боли, которую он чувствовал.
Кавендиш, Генри
Содержание
Биография
Генри Кавендиш родился 10 октября 1731 года в Ницце в семье лорда Чарльза Кавендиша, сына второго герцог Девоншира Вильяма Кавендиша, и леди Анны Грей, дочери первого герцога Кента Генри Грея. Младший брат Генри Фредерик получил серьёзные повреждения мозга в результате случайного падения в возрасте двадцати одного года во время своего последнего года в Кембриджском университете. Данные свидетельствуют о том, что он пытался повторить знаменитый эксперимент Бенджамина Франклина о природе молнии во время приближающейся грозы, и упал из верхнего окна здания. Он нуждался в специальном уходе на протяжении всей своей жизни. Леди Анна умерла, предположительно от туберкулеза, вскоре после рождения Фредерика, так что ни один из мальчиков не знал мать. Семья Кавендишей была тесно связана с многими аристократическими семьями Великобритании, ее история насчитывает около восьми веков и восходит к эпохе норманнов.
Генри вместе со своим братом Фредериком получил начальное образование дома. Первоначально планировалось продолжить обучение братьев в Итоне — классической английской школе, дававшей хорошую подготовку будущим государственным деятелям. Однако ни Генри, ни его брат, не проявляли склонности к юридической науке, поэтому отец решил отправить их в специализированное научное учреждение. Он остановился на академии Хакни, многие из преподавателей которой были тесно знакомы с передовыми умами современной науки. Генри и Фредерик были первыми членами семьи Кавендишей, окончившими академию Хакни, однако позднее эта школа стала очень популярной среди других аристократических английских семей.
В 1749 году в возрасте до восемнадцати лет Генри поступает в Кембриджский университет и, продолжая родовую традицию, становится двадцать первым членом семьи Кавендишей, поступившим в этот университет. Его брат Фердерик поступает в университет двумя годами позже. Обучение в университете, впитавшем в себя идеи Исаака Ньютона, сильно повлияло на мировоззрения братьев. Генри Кавендиш уходит из университета в 1753 году, не получая ученой степени, поскольку не видит необходимости в академической карьере. После ухода из университета он начинает вести собственные научные исследования в уединении своего жилища.
Научные достижения
Пневматическая химия
Опубликованные работы Кавендиша касаются в основном исследованиям газов и относятся к периоду 1766—1788 гг. Мы остановимся на основной работе ученого «Искусственный воздух». Эта работа представляет большой научный интерес, повествуя о составе и свойствах воды.
Пневматические исследования Кавендиша знаменательны количеством открытий, которые они предварили. Среди наиболее значимых из них первое полное изложение свойств водорода и углекислого газа; демонстрация постоянства состава атмосферного воздуха и его первый расчет его состава относительно высокой точности; записи известных экспериментов, которые привели к обнаружению нетривиальных свойств воды и к открытию состава азотной кислоты.
Перечисленные ученые были наиболее близки к понимаю газов как индивидуальных веществ, но слишком мало знакомы с их различными свойствами, по которым эти газы можно отличить и распознать. Убежденность в том, что именно воздух, а не индивидуальные газы, выделяется в процессе реакции, была свойственна практически всем химикам второй половины восемнадцатого века. Развитие пневматической химии могло произойти только на основании наблюдения отличий между полученным в разных реакциях искусственным воздухом, но химики мало обращали внимания на эти различия, указывая лишь на сходство и отличия полученных газов от атмосферного воздуха.
Ярким примером служат знаменитые очерки Стивена Хейлза, в которых он пишет о реакциях, в которых выделяется «атмосферный воздух» или «упругие жидкости». Согласно современным представлениям, в ходе своего исследования в действительности он получал кислород, водород, азот, хлор, углекислый газ, сернистую кислоту и другие газы. Хейлз не сумел заметить различий в запахе, цвете, растворимости в воде, горючести полученных веществ. Он рассматривал их как идентичные атмосферному воздуху, потому что проявляли одинаковую эластичность и, как казалось ученому ввиду неточности оборудования, обладали одинаковыми весами. Их поразительные различия в реакционной способности он считал результатом случайного смешения «истинного воздуха» с инородными примесями, а не как существенные и отличительные свойства различных «упругих жидкостей» или газов.
Хакорт, исследуя эксперименты Бойля, отметил некоторые отличия полученных им «упругих жидкостей» от атмосферного воздуха. За неимением других доказательств, эта теория была отметена как ложная.
В 1754 году, однако, отмечается появление первой диссертации Блэка, в которой показано существование по крайней мере одной «упругой жидкости», которая обладает постоянным химическими свойствами, отличными от свойств атмосферного воздуха. Поскольку результаты его исследований шли в разрез со сложившимся мнением, он не осмеливается дать выделенному газу (водороду) название и ссылается на ошибку эксперимента, планируя в дальнейшем поставить его более точно.
Тем не менее, Блэк делает большой шаг вперед по сравнению со своими предшественниками. В более поздних работах он описывает свойства раствора угольной кислоты; двенадцатью годами позднее Кавендиш показывает, что она обладает точно такими же химическими свойствами и в свободном состоянии.
«Искусственный воздух»
Свое сообщение Кавендиш делит на три части: первая относится к водороду, вторая — к углекислому газу, третья — к газам, выделяющимся во время брожения и гниения. К основным наблюдениям Кавенидша можно отнести следующие: цинк, железо и олово были единственными металлами, которые выделяли «горючий воздух» при взаимодействии с разбавленными растворами серной и соляной кислот. Цинк растворялся в обеих кислотах с большей скоростью, чем железо и олово, однако выделялось одинаковое количество газа вне зависимости от используемой кислоты. Железо давало одинаковое количество «горючего газа» в растворах серной кислоты разной силы. Олово растворялось лучше всего в теплой соляной кислоте. Унция цинка производила около 356, унция железа — 412 и унция олова — 202 унции «горючего газа».
Все эти металлы легко растворялись в закиси (азотной кислоте) и производили «негорючий воздух» (окислы азота), а также в горячем купоросном масле (концентрированной серной кислоте), также с образованием «негорючего воздуха» с сильным неприятным запахом.
Из этих наблюдений Кавендиш пришел к выводу, что, когда металлы растворяют в разбавленной серной или соляной кислоте, «их флогистон летит, не изменяя свою природу с изменением кислоты и формируя „горючий воздух“, но когда металлы взаимодействуют с концентрированной серной или с азотной кислотой, их флогистон теряет свою горючесть».
В своей работе Кавендиш указал на следующие свойства «горючего газа» (водорода): он не теряет свою эластичность, не проявляет заметного растворения в воде и взаимодействия с щелочами. Кавендиш также исследовал влияние состава смеси кислорода и водорода на взрывоопасность. Смесь из одной части «горючего воздуха» и девяти «обычного» горела исключительно в пределах рассматриваемого сосуда. Смесь из 8 частей «горючего воздуха» и 2 частей «ообычного» воспламенялись без взрыва. При увеличении количества водорода примерно в два раза, горение происходило со взрывом. Из этих экспериментов Кавендиш попытался установить пропорцию между водородом и атмосферным воздухом, необходимую для полного сгорания смеси, однако допустил ошибку, посчитав, что на два объема водорода необходимо 7 объемов воздуха, в то время как 5 объемов последнего было бы достаточно.
Кавендиш также пытался установить массу «горючего газа» водорода. Он пришел к выводу, что легковоспламеняющийся воздух выходит 8760 раз легче, чем вода, или в 11 раз легче, чем «обычный воздух». Водород, однако, в действительности в 14,4 раза легче воздуха.
Первую часть своей работы Кавендиш завершает исследованием взаимодействия меди с соляной кислотой и попытками получить «горючий газ» этим способом. Ученый приходит к выводу, что газ, выделяющийся в реакции (газообразная соляная кислота), не воспламеняется в смеси с атмосферным воздухом, а также теряет эластичность при взаимодействии с водой (в связи с растворением), а значит получить таким образом «горючий газ» не представляется возможным. Исследованиями газообразной соляной кислоты Кавендиш не занимался.
Вторая часть работы Кавендиша носит название «Эксперименты по связанному воздуху, или искусственный воздух, получаемый из щелочных веществ взаимодействием с кислотами или прокаливанием».
Описывая эту часть работы, Кавендиш опирается на полученные Блэком результаты касательно влиянии угольной кислоты на жесткость карбонатов. Кавендиш получил углекислый газ растворением мрамора в соляной кислоте. Он обнаружил, что выделяющийся газ обладает растворимостью в воде, быстро взаимодействует с щелочами, но может сохраняться до одного года под слоем ртути, не теряя эластичности и химических свойств. Для определения растворимости углекислого газа в воде Кавендиш использовал аппарат, открытие которого часто приписывают Пристли. В градуированный сосуд, наполненный ртутью, Кавендиш запускал известные объемы исследуемого газа и воды; таким образом он установил, что «при температуре 55° вода поглощает гораздо больше исследуемого газа, чем обычного воздуха». В ходе своих экспериментов он установил, однако, что вода не всегда поглощает один и тот же объем связанного в мраморе газа. Этот факт ученый объяснял тем, что данный газ содержит вещества, обладающие различной растворимостью в воде. Ученый также выяснил, что холодная вода растворяет гораздо больше такого газа, чем горячая; для объяснения этого факта он приводил в пример кипящую воду, которая не только не способна поглотить какой-либо газ, но и лишается того, что она уже поглотила.
Плотность угольной кислоты была определена так же, как и в случае водорода, она оказалась равной 1,57 плотности атмосферного воздуха. Это определение хорошо воспроизводит известное на данный момент значение 1,529. Неточность определения связано с наличием примеси газообразной соляной кислоты, а также с несовершенством оборудования. Была проведена серия опытов по влиянию углекислого газа на процесс горения, Кавендиш использовал простую установку, содержащую стеклянную банку и восковую свечу. При наличии в банке только атмосферного воздуха свеча горела в течение 80 секунд. При содержании в банке одной части «связанного воздуха» (углекислого газа) и 19 частей атмосферного воздуха свеча горела 51 секунду, при соотношении 1 к 9 — всего 11 секунд. Таким образом, добавление даже небольших количеств углекислого газа к атмосферному воздуху лишает последнего способности к поддержанию горения.
Далее следуют попытки определить количества «связанного воздуха» в карбонатах щелочных металлов. Для этого Кавендиш измерял потерю массы раствора при взаимодействии карбонатов с соляной кислотой. Он пришел к выводу, что карбонат аммония содержит гораздо больше связанного воздуха, чем мрамор, поскольку реакция с соляной кислотой протекает более бурно.
Третья часть работы Кавендиша посвящена «Воздуху, образующемуся в процессах брожения и гниения». Макбрайд, следуя предположению Блэка, показал, что в этих процессах выделяется исключительно углекислый газ. Кавендиш подтвердил этот результат опытами по брожению сладкого вина и яблочного сока. Действительно, газ, выделяющийся в этих процессах, полностью поглощался карбонатом калия, а также обладал такими же растворимостью в воде, действием на пламя и удельным весом, как и «воздух», выделяемый из мрамора.
Газы, выделяющиеся в процессе гниения Кавендиш получал, разлагая бульон при температуре, близкой к температуре кипения воды. Опыт проводил до тех пор, пока газ не переставал выделяться. Полученный газ пропускали через раствор карбоната калия, при этом углекислый газ поглощался и оставалась смесь «обычного воздуха» и некого «горючего воздуха» в пропорции 1 к 4,7. Далее Кавендиш определил удельный вес полученный смеси и сравнил с удельным весом 1 части атмосферного воздуха и 4,7 частями водорода; удельный вес последнего оказался меньше. Ученый сделал вывод о том, что новый полученный «горючий газ» обладает практически такой же природой, что и полученный взаимодействием металлов с кислотами.
Кавендиш смог точно определить состав атмосферы Земли. После тщательных измерений ученый пришел к выводу, что «обычный воздух состоит из одной части воздуха без флогистона (кислорода) и четырех частей воздуха с флогистоном (азота)».
В работе 1785 г описан эксперимент, в котором Кавендишу удалось удалить кислород и азот из образца атмосферного воздуха, но при этом оставалась определенная часть, которую ученый не мог удалить известными ему способами. Из этого эксперимента Кавендиш пришел к выводу, что не более 1 / 120 атмосферного воздуха состоит из газов, отличных от кислорода и азота. Несмотря на то, что аргон на тот момент был уже известен, понадобилось около ста лет, чтобы Рамзай и Релей показали, что именно этот газ составляет остаточную часть атмосферного воздуха.
Гравитационная постоянная
Экспериментальная установка состояла из крутильных весов для измерения гравитационного притяжения между двумя свинцовыми шарами массой 350-фунтов и парой 2-дюймовых шаров массой 1,61 фунтов. Используя это оборудование, Кавендиш установил, что средняя плотность Земли в 5,48 раза больше плотности воды. Джон Генри Пойнтинг позже отметил, что данные должны были привести к значению 5,448, и действительно именно это число является средним значением двадцати девяти экспериментов Кавендиша, описанных в его работе.
Исследования электричества
Кавендишу принадлежат несколько работ об изучении свойств электричества, написанных для Королевского общества, но большая часть его экспериментов была собрана и опубликована Джеймсом Максвеллом только век спустя в 1879 году, вскоре после того, как к тем же результатам пришли другие ученые. К открытиям Кавендиша принадлежат [4] :
Экспериментально установил (1771 год) влияние среды на ёмкость конденсаторов и определил (1771) значение диэлектрических постоянных ряда веществ. В 1798 году сконструировал крутильные весы и измерил с их помощью силу притяжения двух сфер, подтвердив закон всемирного тяготения; определил гравитационную постоянную, массу и среднюю плотность Земли. Занимался определениями теплоты фазовых переходов и удельной теплоёмкости различных веществ. Изобрёл эвдиометр — прибор для анализа газовых смесей, содержащих горючие вещества, ввёл в практику осушители. Предвосхитил многие изобретения XIX века в области электричества, но все его работы оставались достоянием семейного архива в Девоншире, пока в 1879 году Джеймс Максвелл не опубликовал его избранные труды. Именем Кавендиша названа организованная в 1871 г. физическая лаборатория в Кембриджском университете.