Cavendish, Henry

Henry Cavendish
Henry Cavendish
Födelsedatum 10 oktober 1731( 1731-10-10 ) [1] [2] [3] […]
Födelseort Nice , Frankrike
Dödsdatum 24 februari 1810( 24-02-1810 ) [2] [3] [4] […] (78 år)
En plats för döden London , Storbritannien
Land
Vetenskaplig sfär fysik , kemi
Alma mater Cambridge universitetet
Utmärkelser och priser Copley-medalj (1766)
 Mediafiler på Wikimedia Commons

Henry Cavendish ( eng.  Henry Cavendish ; 10 oktober 1731 - 24 februari 1810 ) - brittisk fysiker och kemist , medlem av Royal Society of London (1760) [5] , utländsk medlem av Paris Academy of Sciences (1803) [ 6] .

Biografi

Henry Cavendish föddes den 10 oktober 1731 i Nice till Lord Charles Cavendish, son till den andre hertigen av Devonshire , William Cavendish, och Lady Anne Grey, dotter till Henry Gray , den förste hertigen av Kent . Familjen Cavendish var nära förknippad med många aristokratiska familjer i Storbritannien, dess historia går tillbaka ungefär åtta århundraden och går tillbaka till den normandiska eran . Lady Anne dog, förmodligen av tuberkulos, kort efter födelsen av Henrys yngre bror Frederick, så ingen av pojkarna kände sin mor.

Henry, tillsammans med sin bror Frederick, fick sin grundutbildning hemma. Från början var det planerat att fortsätta utbildningen av bröderna vid Eton  , en klassisk engelsk skola som gav god utbildning för framtida statsmän. Men varken Henry eller hans bror visade en förkärlek för rättsvetenskap, så hans far bestämde sig för att skicka dem till en specialiserad vetenskaplig institution. Han bosatte sig på Hackney Academy, vars många lärare var väl bekanta med den moderna vetenskapens banbrytande sinnen. Henry och Frederick var de första medlemmarna i familjen Cavendish som tog examen från Hackney Academy, men senare blev denna skola mycket populär bland andra aristokratiska engelska familjer.

År 1749, vid en ålder av arton, gick Henry in på University of Cambridge och, i fortsatt stamtradition, blev han den tjugoförsta medlemmen av familjen Cavendish som gick in på detta universitet. Hans bror Frederick kommer in på universitetet två år senare. Att studera vid universitetet, som absorberade Isaac Newtons idéer , påverkade i hög grad brödernas världsbild. Henry Cavendish lämnade universitetet 1753 utan att ta en examen, eftersom han inte såg behovet av en akademisk karriär. Efter att ha lämnat universitetet börjar han bedriva sin egen vetenskapliga forskning. Cavendish levde ett lugnt och avskilt liv, var inte gift. Han älskade fint tillverkade möbler, dokumenterat som att han köpte "tio stolar och en mahognysoffa med satinklädsel". Med sina tjänare kommunicerade han uteslutande genom anteckningar och inledde inga personliga relationer utanför familjen. Enligt en källa använde Cavendish ofta bakdörren för att komma hem för att slippa träffa sin hushållerska. Vissa moderna läkare (som Oliver Sachs ) föreslår att Cavendish led av Aspergers syndrom , även om han helt enkelt kan ha varit väldigt blyg. Hans umgängeskrets var begränsad till klubben i Royal Society , vars medlemmar åt tillsammans före de veckovisa mötena. Cavendish missade sällan dessa möten och var djupt respekterad av sina samtida. Han publicerade inte sina vetenskapliga landvinningar i tidskrifter eller distribuerade dem på annat sätt.

Cavendish var en generös välgörare . En gång, efter att ha fått veta att en student som hjälpte honom att organisera biblioteket var i en svår ekonomisk situation, skrev Cavendish omedelbart en check på 10 tusen pund till honom - en enorm summa vid den tiden.

Cavendish var fullständigt likgiltig för omvärlden och var aldrig intresserad av händelserna som ägde rum i denna värld - inte ens lika betydelsefulla som den franska revolutionen eller Napoleonkrigen som svepte över Europa .

Cavendish dog den 24 februari 1810 och lämnade en förmögenhet på 700 000 pund och ytterligare 6 000 pund i årlig inkomst från godset. Inte ett enda pund av denna rikedom donerades till vetenskapens behov. Testamentet innehöll ett kategoriskt krav på att kryptan med hans kista omedelbart efter begravningen skulle vara tätt omgärdad och det fanns inga inskriptioner utanför som angav vem som begravdes i denna krypta. Och så var det gjort. Cavendish begravdes i katedralen i Derby . Ingen undersökning av kroppen, ingen obduktion gjordes.

Hans yngre bror Frederick, vid en ålder av tjugoett, led av allvarlig hjärnskada efter att ha ramlat ut genom ett fönster under sitt sista år vid Cambridge University . Bevis tyder på att han försökte replikera Benjamin Franklins berömda experiment om blixtens natur under ett annalkande åskväder . Han behövde särskild vård under hela sitt liv.

Vetenskapliga landvinningar

Pneumatisk kemi

Cavendishs publicerade arbete handlar främst om gasforskning och syftar på perioden 1766-1788. Vi kommer att fokusera på forskarens huvudarbete "Artificiell luft ". Detta arbete är av stort vetenskapligt intresse och berättar om vattnets sammansättning och egenskaper .

Cavendishs pneumatiska forskning är anmärkningsvärd för antalet upptäckter den gjorde. Bland de mest betydelsefulla av dessa är den första fullständiga framställningen av egenskaperna hos väte och koldioxid; demonstration av konstansen av sammansättningen av atmosfärisk luft och den första beräkningen av dess sammansättning med relativt hög noggrannhet; register över kända experiment som ledde till upptäckten av vattens icke-triviala egenskaper och till upptäckten av sammansättningen av salpetersyra .

Före Cavendishs fruktbara experiment fanns knappast pneumatisk kemi . I verk av ett fåtal forskare runt om i världen fanns det referenser till den "elastiska vätskan", som är involverad i vissa kemiska omvandlingar. Paracelsus hade viss förtrogenhet med väte . Van Helmont , som introducerade begreppet " gas ", arbetade med frigörandet av koldioxid och några brännbara gasformiga föreningar av kol och svavel , Boyle mötte kolsyra och väte i sina experiment.

Dessa vetenskapsmän var närmast att förstå gaser som enskilda ämnen, men för lite var känt om deras olika egenskaper, genom vilka dessa gaser kan särskiljas och kännas igen. Tron på att det under reaktionen inte frigörs enskilda gaser, utan enkel luft med varierande uppvärmningsgrad, var karakteristisk för nästan alla kemister under andra hälften av 1700-talet. Utvecklingen av pneumatisk kemi kunde endast ske på basis av att observera skillnaderna mellan den konstgjorda luften som erhålls i olika reaktioner , men kemister ägnade liten uppmärksamhet åt dessa skillnader och pekade bara på likheterna och skillnaderna mellan de gaser som erhålls från atmosfärisk luft.

Ett slående exempel är Stephen Hales berömda essäer , där han skriver om reaktioner där "atmosfärisk luft " eller "elastiska vätskor " frigörs. Enligt moderna idéer fick han under sin forskning faktiskt syre , väte , kväve , klor , koldioxid , svavelsyra och andra gaser . Gales misslyckades med att märka skillnader i lukt, färg, löslighet i vatten, brännbarhet av de erhållna ämnena. Han ansåg att de var identiska med atmosfärisk luft , eftersom de visade samma elasticitet och (som det verkade för forskaren, på grund av utrustningens felaktighet) hade samma vikter. Deras slående skillnader i reaktivitet ansåg han vara resultatet av en oavsiktlig blandning av "äkta luft" med främmande föroreningar, och inte som väsentliga och distinkta egenskaper hos olika "elastiska vätskor" eller gaser.

Hakort, som undersökte Boyles experiment , noterade vissa skillnader mellan de "elastiska vätskorna" han fick och atmosfärisk luft. I avsaknad av andra bevis markerades denna teori som falsk.

1754 markerar dock uppkomsten av Blacks första avhandling , som visar förekomsten av minst en "elastisk vätska" som har konstanta kemiska egenskaper, skilda från atmosfärisk luft . Eftersom resultaten av hans forskning stred mot den rådande uppfattningen, vågar han inte namnge den frigjorda gasen ( väte ) och hänvisar till ett experimentellt fel och planerar att uttrycka det mer exakt i framtiden.

Black tar dock ett stort steg framåt från sina föregångare. I senare skrifter beskriver han egenskaperna hos en lösning av kolsyra ; tolv år senare visar Cavendish att den har exakt samma kemiska egenskaper i det fria tillståndet.

"Artificiell luft"

Hans första rapport om gaser, med titeln Artificiell luft, publicerades 1766. Det börjar med att definiera konstgjord luft som "alla slags luft som finns i andra organ i ett 'oelastiskt' tillstånd och kan erhållas därifrån." Följande är hänvisningar till Blacks arbete , där han anger sin avsikt att i framtiden använda termen "fixerad luft" i förhållande till gasen som finns i karbonaterna av alkaliska och alkaliska jordartsmetaller . Cavendish kallar även denna luft för "obrännbar", i motsats till luften som frigörs under sönderfallet av levande organismer och växelverkan mellan metaller och syror . Termerna "brännbar" och "icke brännbar" luft får sedan vidsträckt tillämpning.

Cavendish delar upp sitt budskap i tre delar: den första hänvisar till väte , den andra till koldioxid , den tredje till gaser som frigörs under jäsning och sönderfall . De viktigaste observationerna av Cavenidsh inkluderar följande: zink , järn och tenn var de enda metallerna som släppte ut "brännbar luft" när de interagerar med utspädda lösningar av svavelsyra och saltsyra . Zink löstes upp i båda syrorna snabbare än järn och tenn, men samma mängd luft släpptes ut, oavsett vilken syra som användes . Järn gav samma mängd "brännbar luft" i svavelsyralösningar av olika styrka. Tenn löser sig bäst i varm saltsyra. Ett uns zink producerade cirka 356, ett uns järn 412 och ett uns av tenn 202 uns "bränslegas " .

Alla dessa metaller löstes lätt upp i dikväveoxid ( salpetersyra ) och producerade "obrännbar luft" ( kväveoxider ) såväl som het vitriololja (koncentrerad svavelsyra ), som också producerade "obrännbar luft" med en stark obehaglig lukt .

Från dessa observationer drog Cavendish slutsatsen att när metaller löses i utspädd svavelsyra eller saltsyra , "flyger deras flogiston och ändrar inte sin natur med förändringen i syra och bildar "brännbar luft", utan när metaller interagerar med koncentrerad svavelsyra eller salpetersyra, deras flogiston förlorar sin brandfarlighet."

I sitt arbete påpekade Cavendish följande egenskaper hos "brännbar gas" ( väte ): den förlorar inte sin elasticitet, visar inte märkbar upplösning i vatten och interaktion med alkalier . Cavendish undersökte också effekten av sammansättningen av en blandning av syre och väte på explosiviteten. En blandning av en del "brännbar luft" och nio delar av "vanlig" brann uteslutande i det aktuella kärlet. En blandning av 8 delar "brännbar luft" och 2 delar "normal" antändes utan explosion. Med en ökning av mängden väte med cirka två gånger skedde förbränning med en explosion. Från dessa experiment försökte Cavendish fastställa proportionen mellan väte och atmosfärisk luft som var nödvändig för fullständig förbränning av blandningen, men gjorde ett misstag och trodde att 7 volymer luft behövdes för två volymer väte, medan 5 volymer av det senare skulle vara nog.

Cavendish försökte också fastställa massan av "bränslegasen" väte . Han drog slutsatsen att brandfarlig luft strömmade ut 8760 gånger lättare än vatten , eller 11 gånger lättare än "vanlig luft" (väte är faktiskt 14,4 gånger lättare än luft).

Cavendish avslutar den första delen av sitt arbete med en studie av koppars växelverkan med saltsyra och försöker få fram en "brännbar gas " på detta sätt. Forskaren kommer till slutsatsen att gasen som frigörs i reaktionen (gasformig saltsyra ), inte antänds i en blandning med atmosfärisk luft och även förlorar elasticitet när den interagerar med vatten (på grund av upplösning), vilket innebär att det inte är möjligt att erhålla en ”brännbar gas” på detta sätt verkar möjligt. Cavendish studerade inte gasformig saltsyra.

Den andra delen av Cavendishs arbete kallas "Experiment på bunden luft , eller konstgjord luft som erhålls från alkaliska ämnen genom reaktion med syror eller genom kalcinering."

Cavendish, som beskriver denna del av arbetet, förlitar sig på de resultat som erhållits av Black angående effekten av kolsyra på karbonaternas hårdhet . Cavendish erhöll koldioxid genom att lösa upp marmor i saltsyra . Han fann att den frigjorda gasen var löslig i vatten , reagerade snabbt med alkalier , men kunde kvarstå i upp till ett år under ett lager av kvicksilver , utan att förlora sin elasticitet och kemiska egenskaper. För att bestämma koldioxidens löslighet i vatten använde Cavendish en apparat vars upptäckt ofta tillskrivs Priestley . I ett graderat kärl fyllt med kvicksilver lanserade Cavendish kända volymer av den undersökta gasen och vattnet; sålunda slog han fast att "vid en temperatur av 55° absorberar vatten mycket mer av den undersökta gasen än vanlig luft ". Under sina experiment fann han dock att vatten inte alltid absorberar samma volym gas som är bunden i marmor. Forskaren förklarade detta faktum med det faktum att denna gas innehåller ämnen med olika löslighet i vatten. Forskaren fann också att kallt vatten löser mycket mer av denna gas än varmt vatten; för att förklara detta faktum citerade han exemplet med kokande vatten, som inte bara är oförmögen att absorbera någon gas, utan också berövas vad det redan har absorberat.

Kolsyrans densitet bestämdes på samma sätt som för väte , den visade sig vara lika med 1,57 av atmosfärsluftens densitet . Denna definition återger väl det för närvarande kända värdet på 1,529. Felaktigheten i bestämningen är förknippad med närvaron av en blandning av gasformig saltsyra , såväl som med utrustningens ofullkomlighet. En serie experiment utfördes på koldioxidens inverkan på förbränningsprocessen, Cavendish använde en enkel installation innehållande en glasburk och ett vaxljus. Med bara atmosfärisk luft i burken brann ljuset i 80 sekunder. När burken innehöll en del "bunden luft" (koldioxid) och 19 delar atmosfärisk luft brann ljuset i 51 sekunder, i förhållandet 1 till 9 - bara 11 sekunder. Att tillsätta även små mängder koldioxid till atmosfärisk luft berövar alltså den senare förmågan att upprätthålla förbränning .

Vad som följer är försök att bestämma mängden "bunden luft" i alkalimetallkarbonater . För att göra detta mätte Cavendish massaförlusten av lösningen under interaktionen av karbonater med saltsyra . Han drog slutsatsen att ammoniumkarbonat innehöll mycket mer bunden luft än marmor eftersom reaktionen med saltsyra var häftigare.

Den tredje delen av Cavendishs arbete ägnas åt "Luften som produceras i processerna för jäsning och förruttnelse ". McBride, efter Blacks förslag , visade att koldioxid uteslutande frigörs i dessa processer . Cavendish bekräftade detta resultat med experiment på jäsning av sött vin och äppeljuice. I själva verket absorberades gasen som frigjordes i dessa processer fullständigt av kaliumkarbonatet och hade också samma vattenlöslighet , flamverkan och specifika vikt som "luften" som frigjordes från marmor .

Cavendish erhöll gaser som frigjordes under sönderfall genom att sönderdela buljongen vid en temperatur nära vattnets kokpunkt . Experimentet genomfördes tills gasen upphörde att släppas ut. Den resulterande gasen leddes genom en lösning av kaliumkarbonat , medan koldioxid absorberades och en blandning av "vanlig luft " och lite "brännbar luft" kvarstod i ett förhållande av 1 till 4,7. Vidare bestämde Cavendish den resulterande blandningens specifika vikt och jämförde den med den specifika vikten av 1 del atmosfärisk luft och 4,7 delar väte ; andelen av de senare visade sig vara mindre. Forskaren drog slutsatsen att den nya "brännbara gasen" som erhålls har nästan samma natur som den som erhålls genom interaktion mellan metaller och syror .

Cavendish kunde exakt bestämma sammansättningen av jordens atmosfär . Efter noggranna mätningar kom forskaren fram till att "vanlig luft består av en del luft utan flogiston (syre) och fyra delar luft med flogiston (kväve)."

I arbetet från 1785 beskrivs ett experiment där Cavendish lyckades ta bort syre och kväve från ett prov av atmosfärisk luft, men samtidigt fanns det en viss del som vetenskapsmannen inte kunde ta bort med de metoder som han kände till. Från detta experiment kom Cavendish fram till att inte mer än 1/120 av atmosfärsluften består av andra gaser än syre och kväve. Det tog ungefär hundra år för Ramsay och Rayleigh , bland annat beroende på Cavendishs arbete, att visa att denna kvarvarande del av atmosfärisk luft huvudsakligen är argon , och även senare hittades andra inerta gaser i den .

Gravitationskonstant

Förutom sina prestationer inom kemiområdet är Cavendish även känd för experiment med vilka han bestämde värdet på jordens densitet , vilket också innebar att bestämma jordens massa, eftersom jordens radie redan var känd med tillräcklig noggrannhet, och även genom enkla beräkningar erhålla gravitationskonstantens numeriska värde (vilket troligen gjordes efter Poissons Treatise on Mechanics (1811), där gravitationskonstanten infördes i sin rena form). Baserat på resultaten från Cavendish är det möjligt att beräkna dess värde G = 6,754⋅10 −11 N m²/kg² [7] , vilket stämmer väl överens med det för närvarande accepterade värdet på 6,67384⋅10 −11 N m²/kg² [ 8] .

Experimentet föreslogs ursprungligen av John Michell . Det var han som designade huvuddelen i experimentupplägget - en torsionsbalans, men han dog 1793 utan att ha satt upp ett experiment. Efter hans död övergick experimentupplägget till Cavendish, som modifierade upplägget, utförde experimenten 1797 och beskrev dem i Philosophical Transactions 1798 [9] . För sin tid var detta verk ett oöverträffat mästerverk av konsten att fysiskt experimentera.

Den experimentella uppställningen bestod av en torsionsbalans för att mäta gravitationskraften mellan två 350- lb blykulor och ett par 1,61- lb 2- tumskulor . Med hjälp av denna utrustning bestämde Cavendish att jordens genomsnittliga densitet var 5,48 gånger vatten . John Henry Poynting noterade senare att uppgifterna borde ha resulterat i ett värde på 5,448, och detta tal är faktiskt genomsnittet av de tjugonio Cavendish-experiment som beskrivs i hans arbete. Detta resultat var dock inte känt på nästan 100 år, eftersom Cavendish inte brydde sig om publiceringen av sitt arbete, och inte heller om något erkännande från den vetenskapliga världen. För närvarande uppskattas jordens densitet till 5,5153 g/cm³.

Många källor beskriver inte helt korrekt mätningen av gravitationskonstanten eller jordens massa som det omedelbara målet för Cavendishs arbete, och denna felaktighet har redan noterats av många författare [10] [11] [12] [13] . I själva verket var Cavendishs huvudmål, så långt det framgår av hans egen presentation, att endast bestämma jordens densitet, men detta resultat fungerade som grund för att beräkna både jordens massa och gravitationskonstanten G, som var introducerades för systematiskt bruk (separat från GM-kombinationer) endast 100 år efter Cavendish-experimentet [14] .

Elektrisk forskning

Cavendish skrev flera artiklar om egenskaperna hos elektricitet för Royal Society, men de flesta av hans experiment samlades in och publicerades av James Maxwell bara ett sekel senare 1879, kort efter att andra forskare hade kommit fram till samma resultat. Upptäckten av Cavendish inkluderar [15] :

Cavendish fastställde experimentellt (1771) mediets inflytande på kondensatorernas kapacitans och bestämde (1771) värdet på de dielektriska konstanterna för ett antal ämnen.

1775 bjöd han in sju framstående vetenskapsmän för att demonstrera en konstgjord elektrisk stråle som han hade designat och gav alla en elektrisk stöt , helt identisk med den som en riktig stingrocka förlamar sina offer med. Och i slutet av showen meddelade han högtidligt för gästerna att det var denna nya kraft som han demonstrerade som en dag skulle revolutionera hela världen.

Andra verk och uppfinningar

Han var engagerad i att bestämma värmen i fasövergångar och den specifika värmekapaciteten hos olika ämnen. Uppfunnen eudiometer  - en anordning för analys av gasblandningar som innehåller brännbara ämnen, introducerade avfuktare i praktiken. Han förutsåg många 1800-talsuppfinningar inom elektricitetsområdet, men allt hans arbete fanns kvar i familjearkivet i Devonshire tills James Maxwell publicerade sina utvalda verk 1879. Och även nu förblir flera lådor fyllda med manuskript och instrument, vars syfte inte går att fastställa, osorterade.

Minne

1935 döpte International Astronomical Union en krater på den synliga sidan av månen efter Henry Cavendish .

Även om det är allmänt trott att det världsberömda Cavendish Laboratory är uppkallat efter Henry Cavendish, är detta inte sant. Det är uppkallat efter hans släkting William Cavendish, 7:e hertigen av Devonshire. Han var kansler vid University of Cambridge och donerade en stor summa till öppnandet av världens första undervisnings- och forskningslaboratorium vid universitetet.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Lundy D. R. Henry Cavendish // The Peerage 
  2. ↑ 1 2 Henry Cavendish // Brockhaus Encyclopedia  (tyskt) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus , Wissen Media Verlag
  3. ↑ 1 2 Henry Cavendish // Gran Enciclopèdia Catalana  (kat.) - Grup Enciclopedia Catalana , 1968.
  4. ↑ Henry Cavendish // GeneaStar
  5. ↑ Cavendish; Henrik (1731 - 1810); Natural Philosopher // Royal Society of Londons  webbplats
  6. ↑ Les membres du passé dont le nom commence par C Arkiverad 25 juli 2020 på Wayback Machine  (FR)
  7. ↑ Brush, Stephen G.; Holton, Gerald James. Fysik, det mänskliga äventyret: från Copernicus till Einstein och  vidare . — New Brunswick, NJ: Rutgers University Press , 2001. — S. 137. — ISBN 0-8135-2908-5 .
  8. ↑ CODATA Värde: Newtonsk gravitationskonstant . Hämtad 17 juli 2014. Arkiverad från originalet 29 september 2015.
  9. ↑ Bryson, B. (2003), "Jordens storlek": En kort historia av nästan allt, 60-62.
  10. ↑ Tipler, PA och Mosca, G. (2003), Fysik för forskare och ingenjörer: Extended Version , WH Freeman ISBN 0-7167-4389-2 .
  11. ↑ Feynman, R.P. (1970), Feynman Lectures On Physics , Addison Wesley Longman, ISBN 0-201-02115-3
  12. ↑ Clotfelter, B.E. (1987), The Cavendish Experiment as Cavendish Knew It, American Journal of Physics 55(3), 210-213.
  13. ↑ Falconer, I. (1999), Henry Cavendish: mannen och mätningen, Measurement, Science & Technology 10 (6): 470-477.
  14. ↑ Cornu, A. och Baille, JB (1873), Ömsesidig bestämning av attraktionskonstanten och jordens medeldensitet, CR Acad. sci. Paris Vol. 76, 954-958.
  15. ↑ Elektricitet . Encyclopedia Britannica (1911). Arkiverad från originalet den 22 augusti 2011.

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Tematiska platser
Ordböcker och uppslagsverk
Släktforskning och nekropol