Ιστορία Ηλεκτρομαγνητισμού: Πρώτο μισό 18ου αιώνα

Από τα κοσμι­κά σαλό­νια στον Βενια­μίν Φρα­γκλί­νο

Το επό­με­νο απο­φα­σι­στι­κό βήμα στην μελέ­τη του Ηλε­κτρι­σμού υπήρ­ξε η ανα­κά­λυ­ψη των αγω­γών και των μονω­τών, από τον Άγγλο Stephen Gray (1646 — 1719), γεν­νη­μέ­νο στο Καντέ­μπου­ρι και γιο βαφέα. Το 1711, έπει­τα από μια επι­τυ­χη­μέ­νη ακα­δη­μαϊ­κή καριέ­ρα και συντα­ξιού­χος πλέ­ον στο Charterhouse (ίδρυ­μα στο Λον­δί­νο για την προ­στα­σία φτω­χών ευγε­νών), άρχι­σε την ενα­σχό­λη­σή του με τον Ηλε­κτρι­σμό. Πει­ρα­μα­τι­ζό­με­νος με έναν μακρύ γυά­λι­νο σωλή­να που έφε­ρε στα άκρα του πώμα­τα από φελ­λό και ξύλο, παρα­τή­ρη­σε ότι η Ηλέ­κτρι­ση μπο­ρεί να δια­δο­θεί από το γυα­λί, στο φελ­λό και στο ξύλο.

Αργό­τε­ρα, προ­σπα­θώ­ντας να «μετα­φέ­ρει» Ηλε­κτρι­σμό σε μεγα­λύ­τε­ρες απο­στά­σεις, παρα­τή­ρη­σε πως άλλο­τε μπο­ρού­σε να δια­δώ­σει τα Ηλε­κτρι­κά Φαι­νό­με­να ενώ άλλο­τε όχι. Προ­σπα­θώ­ντας να ερμη­νεύ­σει τις παρα­τη­ρή­σεις του, διέ­κρι­νε τα υλι­κά σε μονω­τές και αγω­γούς.

Το επό­με­νο απο­φα­σι­στι­κό βήμα στην μελέ­τη του Ηλε­κτρι­σμού υπήρ­ξε η ανα­κά­λυ­ψη των αγω­γών και των μονω­τών, από τον Άγγλο Stephen Gray (1646 — 1719), γεν­νη­μέ­νο στο Καντέ­μπου­ρι και γιο βαφέα. Το 1711, έπει­τα από μια επι­τυ­χη­μέ­νη ακα­δη­μαϊ­κή καριέ­ρα και συντα­ξιού­χος πλέ­ον στο Charterhouse (ίδρυ­μα στο Λον­δί­νο για την προ­στα­σία φτω­χών ευγε­νών), άρχι­σε την ενα­σχό­λη­σή του με τον Ηλε­κτρι­σμό. Πει­ρα­μα­τι­ζό­με­νος με έναν μακρύ γυά­λι­νο σωλή­να που έφε­ρε στα άκρα του πώμα­τα από φελ­λό και ξύλο, παρα­τή­ρη­σε ότι η Ηλέ­κτρι­ση μπο­ρεί να δια­δο­θεί από το γυα­λί, στο φελ­λό και στο ξύλο.

Το 1733 ξεκί­νη­σε τις μελέ­τες του για τον Ηλε­κτρι­σμό, σε συνερ­γα­σία με τον Jean Antoine Nollet (1700 — 1770), ανα­κα­λύ­πτο­ντας, ότι υπάρ­χουν μόνο δύο είδη Ηλε­κτρι­σμού:

Πρό­κει­ται για αυτά ακρι­βώς τα είδη του φορ­τί­ου που αργό­τε­ρα ονο­μά­στη­καν θετι­κό και αρνη­τι­κό. Ο du Fay δια­πί­στω­σε επί­σης ότι τα ομό­ση­μα ηλε­κτρι­κά φορ­τία απω­θού­νται ενώ τα ετε­ρό­ση­μα έλκο­νται. Εκα­τό και πλέ­ον έτη χρειά­στη­κε να παρέλ­θουν από τις μελέ­τες του Gilbert για να θεμε­λιω­θεί το απλό αυτό γεγο­νός.

Ο Nollet, στην εξά­το­μη πραγ­μα­τεία του Léçons de physique expérimentale (Μαθή­μα­τα Πει­ρα­μα­τι­κής Φυσι­κής), ανέ­πτυ­ξε μία θεω­ρία Ηλε­κτρι­σμού που κυριάρ­χη­σε για αρκε­τά μεγά­λο διά­στη­μα, αλλά δεν παρου­σιά­ζει κανέ­να επι­στη­μο­νι­κό ενδια­φέ­ρον στην επο­χή μας.

Το έτος 1745, ο Ewald Georg Kleist (1700−1748) παρα­τή­ρη­σε τυχαία ότι φορ­τί­ζο­ντας ένα υγρό που βρί­σκε­ται σε φιά­λη, μπο­ρού­σε να πετύ­χει ισχυ­ρές εκκε­νώ­σεις, γεγο­νός που οδή­γη­σε στην επι­νό­η­ση του πυκνω­τή και ακο­λού­θως σε κορυ­φαία τεχνι­κή πρό­ο­δο.

Στα μέσα του 18ου αιώ­να η χρή­ση του Ηλε­κτρι­σμού αφο­ρού­σε απο­κλει­στι­κά στην ψυχα­γω­γία. Στις κοι­νω­νι­κές συγκε­ντρώ­σεις στα κοσμι­κά σαλό­νια, αλλά και σε ευρύ­τε­ρο κοι­νό επί πλη­ρω­μή, λάμ­βα­ναν χώρα επι­δεί­ξεις Ηλε­κτρι­κών Φαι­νο­μέ­νων. Τα πει­ρά­μα­τα ηλε­κτρι­σμού γνώ­ρι­σαν τέτοια διά­δο­ση, ώστε ξεπερ­νώ­ντας το εμπό­διο του Ατλα­ντι­κού Ωκε­α­νού, έφτα­σαν ως την Αμε­ρι­κή, προ­σελ­κύ­ο­ντας το ενδια­φέ­ρον ενός σημα­ντι­κού άνδρα του Αμε­ρι­κα­νι­κού έθνους, που ταυ­τό­χρο­να απο­τε­λεί και τον πρώ­το του επι­στή­μο­να: του Βενια­μίν Φρα­γκλί­νου (Benjamin Franklin) (1706 — 1790).

Το 1746, το ίδιο έτος που ο Pieter van Musschenbroek (1692 –1761) μελε­τού­σε τους ηλε­κτρι­κούς σπιν­θή­ρες στην πόλη leyden της Ολλαν­δί­ας, επι­νο­ώ­ντας την «λου­γδου­νι­κή λάγη­νο» ή «φιά­λη του Leyden» (leyden jar), ένα είδος ηλε­κτρο­στα­τι­κού πυκνω­τή, ο Franklin γνώ­ρι­σε στην Βοστό­νη τον Dr. Spence, o οποί­ος τον μύη­σε στα μυστι­κά των πει­ρα­μά­των του Ηλε­κτρι­σμού. Έκτο­τε πραγ­μα­το­ποί­η­σε αρκε­τά πει­ρά­μα­τα σχε­τι­κά με τον Ηλε­κτρι­σμό, ανα­πτύσ­σο­ντας τις δικές του ιδέ­ες γύρω από το θέμα.

Λου­γδου­νι­κή Λάγη­νος (Leyden Jar)

Το 1751, εξέ­δω­σε το βιβλίο Options and conjectures concerning the properties and the effects of the electric material, στο οποίο συμπε­ριέ­λα­βε τα απο­τε­λέ­σμα­τα των ερευ­νών του, και γνώ­ρι­σε μεγά­λη επι­τυ­χία.

Τα πει­ρά­μα­τα με τα οποία ο Franklin απέ­δει­ξε τις ιδέ­ες του, διέ­φε­ραν κατά πολ­λούς τρό­πους, αλλά όχι στη βασι­κή ιδέα. Για παρά­δειγ­μα, δύο άνθρω­ποι που βρί­σκο­νταν σε απο­μο­νω­μέ­νες από το περι­βάλ­λον βάσεις, ηλε­κτρί­ζο­νταν από ένα υάλι­νο σωλή­να που τρι­βό­ταν με ύφα­σμα (ο ένας ηλε­κτρι­ζό­ταν από την ύαλο και ο άλλος από το ύφα­σμα). Όταν πλη­σί­α­ζαν τα δάκτυ­λά τους, παρα­γό­ταν σπιν­θή­ρας και οι άνθρω­ποι εκφορ­τί­ζο­νταν.

Ο Franklin χρη­σι­μο­ποί­η­σε πρώ­τος τον όρο «Ηλε­κτρι­κό Φορ­τίο», ορί­ζο­ντάς το ως ένα ιδιόρ­ρυθ­μο είδος αόρα­του, αβα­ρούς ρευ­στού που δια­χέ­ε­ται στα υλι­κά αντι­κεί­με­να και μπο­ρεί να μετα­πη­δή­σει από ένα σώμα σε άλλο, προ­κα­λώ­ντας σπιν­θή­ρα. Συγκε­κρι­μέ­να πρό­τει­νε ότι, κατά την τρι­βή μιας υάλι­νης ράβδου με μετα­ξω­τό ύφα­σμα, ορι­σμέ­νη ποσό­τη­τα του “ηλε­κτρι­κού ρευ­στού” μετα­βι­βά­ζε­ται από το γυα­λί προς το μετά­ξι, με συνέ­πεια η υάλι­νη ράβδος να έχει «περίσ­σεια» ρευ­στού και το μετα­ξω­τό ύφα­σμα «έλλειμ­μα». Η περίσ­σεια στη υάλι­νη ράβδο απο­τε­λού­σε το είδος του “ηλε­κτρι­κού φορ­τί­ου” το οποίο αυθαί­ρε­τα ονό­μα­σε «θετι­κό» (+), και το έλλειμ­μα στο μετα­ξω­τό ύφα­σμα σήμαι­νε ένα άλλο είδος ηλε­κτρι­κού φορ­τί­ου, το οποίο ονό­μα­σε αντί­στοι­χα «αρνη­τι­κό» (-).

Το σημα­ντι­κό­τε­ρο κατόρ­θω­μά του, από θεω­ρη­τι­κή άπο­ψη, ήταν η και­νο­φα­νής χρή­ση συμπε­ρα­σμά­των που προ­έ­κυ­πταν από την Αρχή Δια­τή­ρη­σης του Φορ­τί­ου. Την αρχή αυτή είχαν συλ­λά­βει ανε­ξάρ­τη­τα και άλλοι ερευ­νη­τές, όπως ο William Watson (1715−1787). Ο Franklin πίστευε ότι ένα σώμα περιέ­χει ίσα ποσά θετι­κού και αρνη­τι­κού Ηλε­κτρι­σμού, τα οποία, υπό κανο­νι­κές συν­θή­κες, αλλη­λο­ε­ξου­δε­τε­ρώ­νο­νται.

Ηλέ­κτρι­ση προ­κύ­πτει από τον δια­χω­ρι­σμό των δύο ειδών Ηλε­κτρι­σμού, υπό τον περιο­ρι­σμό το Άθροι­σμά τους να παρα­μεί­νει στα­θε­ρό και ίσο με το μηδέν.

Ο Franklin υπήρ­ξε ο πρώ­τος άνθρω­πος που υπο­στή­ρι­ξε ότι ο κεραυ­νός δεν ήταν η κατά­ρα των Θεών. Προ­σπά­θη­σε να ερμη­νεύ­σει το φυσι­κό φαι­νό­με­νο της αστρα­πής, υπο­θέ­το­ντας ότι είναι ένας γιγά­ντιος ηλε­κτρι­κός σπιν­θή­ρας. Για να επα­λη­θεύ­σει αυτή του την ιδέα, πραγ­μα­το­ποί­η­σε το διά­ση­μο πεί­ρα­μά του, δένο­ντας ένα μεταλ­λι­κό κλει­δί στο μετα­ξω­τό νήμα ενός χαρ­τα­ε­τού, τον οποίο πέτα­ξε στη διάρ­κεια μιας καται­γί­δας. Πλη­σιά­ζο­ντας το χέρι του στο μεταλ­λι­κό κλει­δί, δημιουρ­γή­θη­κε ηλε­κτρι­κός σπιν­θή­ρας, γεγο­νός που τον οδή­γη­σε στο συμπέ­ρα­σμα ότι ο Ηλε­κτρι­σμός μετα­πή­δη­σε από τα σύν­νε­φα στο κλει­δί, μέσω του νήμα­τος, φορ­τί­ζο­ντάς το ηλε­κτρι­κά.

Kαθώς είχε ήδη απο­δεί­ξει ότι ένα σώμα με αιχ­μη­ρό άκρο χάνει εύκο­λα το ηλε­κτρι­κό του φορ­τίο, κατά­φε­ρε, συν­δυά­ζο­ντας αυτές του τις ιδέ­ες, να εκφορ­τί­σει βαθ­μιαία ένα κτή­ριο, τοπο­θε­τώ­ντας στα υψη­λό­τε­ρα σημεία του κατα­κό­ρυ­φες ράβδους σιδή­ρου, με αιχ­μη­ρά άκρα, επι­χρυ­σω­μέ­νες, ώστε να μην δια­βρώ­νο­νται και γειω­μέ­νες με σύρ­μα, επι­νο­ώ­ντας έτσι το αλε­ξι­κέ­ραυ­νο.