Frage:
Woher wussten die Physiker, dass es zwei Arten von Ladungen gibt?
George Smyridis
2016-07-05 05:20:55 UTC
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Probleme

Die Frage, die ich stellen werde, ist entweder zu dumm oder hat niemanden gestört, weil sie offensichtlich ist, weil ich die Antwort nirgendwo wirklich finden kann.

Ich studiere derzeit Elektrizität und Magnetismus und mein Buch beginnt damit, dass Materie aus Atomen besteht, die aus einem schweren positiv geladenen Kern und einer Lichtwolke aus negativ geladenen Elektronen bestehen, die um ihn kreisen, und den Rest des Buches darauf basiert diese Tatsachen.

Elektrizität, positive und negative Ladungen wurden jedoch untersucht, bevor die Atomtheorie bestätigt wurde. Eigentlich wurde es zu dieser Zeit nicht einmal aus der Ferne unterstützt. Benjamin Franklin dachte zum Beispiel, dass elektrische Ladung eine Art Wolke / Gas sei. Wenn diese Wolke reichlich vorhanden war, war die Ladung positiv, während sie ansonsten negativ war.


Fragen

Erstens nehme ich an, dass wir Ladung klassisch als die physikalische Eigenschaft definieren, die Objekte haben müssen, um elektrisch zu interagieren - zumindest vorerst.

  • Woher wussten die Physiker damals von der Existenz zweier positiver und negativer Ladungen? Sicher, wenn Sie zwei Glasstäbe nach dem Reiben mit Seide nahe bringen, stoßen sie sich gegenseitig ab, während sie sich gegenseitig anziehen, wenn Sie einen Glasstab und einen Plastikstab mitbringen, aber ist das wirklich genug?

  • Woher wussten sie außerdem, dass sich entgegengesetzte Ladungen anziehen, während sich dieselben Ladungen gegenseitig abstoßen? Sie können sich nicht willkürlich dafür entscheiden, da sich Elektronen wirklich gegenseitig abstoßen. Gab es eine Möglichkeit zu erkennen, dass ein Glasstab nach dem Reiben reichlich Wolke aufwies, während der Kunststoff ein Defizit aufwies?


In meinem Buch heißt es, Franklin habe nach einer Reihe von Experimenten festgestellt, dass es zwei Arten von Anklagen gibt, ohne näher darauf einzugehen. Ich kann diese Experimente nirgendwo finden. Ich bekomme nur das berühmte Drachenexperiment.

Ich würde mir vorstellen, dass Franklin daraus folgerte, dass es zwei Arten von Gebühren gibt, weil ähnliche Gebühren abstoßen und unterschiedliche Gebühren anziehen.
Ich spreche immer mit meinen Einführungskursen darüber.Nur wenige Schüler wissen zu schätzen, wie tief es ist, denn die eigentliche Arbeit ist * sehr * einfach.
Was ist mit neutralen Ladungen?
Fünf antworten:
dmckee --- ex-moderator kitten
2016-07-05 05:41:56 UTC
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Sammeln Sie eine Sammlung von Gebühren.So viele verschiedene Möglichkeiten, eine Ladung zu generieren, wie Sie sich vorstellen können.Laden Sie Ihre Freunde ein, damit sie an etwas mehr denken können.(Aus praktischen Gründen laden Sie statisch auf, bevor Sie sie verwenden, aber immer noch ...)

Testen Sie sie nun paarweise, um festzustellen, ob sie sich gegenseitig anziehen oder abstoßen.Führen Sie sorgfältige Aufzeichnungen.

Finden Sie den größten Satz, der sich gegenseitig anzieht, und den größten Satz, der sich gegenseitig abstößt.

Sie werden feststellen, dass das attraktive Set genau zwei Mitglieder hat (obwohl Sie viele verschiedene Beispiele für dieses Set machen können) und das abstoßende Set aus der Hälfte (entweder der Hälfte!) der von Ihnen erstellten Gebühren besteht.

Denken Sie eine Weile darüber nach.Sie erhalten auch die Antwort darauf, wie ähnliche Gebühren aufeinander reagieren (obwohl Sie dies direkt erhalten können, indem Sie zwei ähnliche Gebühren vorbereiten).

Dies ist eine nützliche Illustration, aber sie beantwortet nicht die Frage, die mindestens die Hälfte der * Geschichte * betrifft.
Angesichts der Tatsache, dass dies nicht [hsm.SE] ist, denke ich, dass es unser Anliegen hier ist, zu demonstrieren, wie man hätte wissen können, dass es zwei Arten von Anklage gibt, und nicht eine historisch genaue Nacherzählung darüber zu geben, wie sie es tatsächlich herausgefunden haben.
Diese Antwort gefällt mir am besten, aber ich habe meine eigene hinzugefügt, um zu veranschaulichen, dass einer der Gründe, warum wir eine binäre Antwort erhalten, darin besteht, dass wir nur eine binäre Frage stellen.Wenn wir die Größe der beteiligten Kräfte gemessen hätten, wären wir gezwungen, viele Arten von Ladungen in Betracht zu ziehen, von denen einige größer sind als andere.
Ich begrüße Daniels Antwort, die in den historischen Prozess einfließt, mit dem ich nur vorübergehend vertraut bin.Ich denke auch nicht, dass es für Schüler der Intro-Klasse schrecklich wichtig ist, aber ich möchte * wirklich *, dass sie sich selbst davon überzeugen können, dass dieses Modell durch Beobachtungen eingeschränkt wird, die sie reproduzieren können.
Was ist mit neutralen Ladungen?
sammy gerbil
2016-07-05 15:12:06 UTC
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Ich stimme DanielSank zu, dass die Frage (ganz, nicht teilweise) nach der historischen Entwicklung des Konzepts der elektrischen Ladung fragt, nicht nach unserer modernen Beschreibung - "Woher wussten sie ?" nicht "Wie können wir wissen?" Letzteres (beantwortet von dmckee) ist das Endergebnis von mehr als zwei Jahrhunderten Beobachtung, Experimentieren, Theoretisieren und Debatten und ignoriert Theorien, die vielversprechend aussahen, aber abgelehnt wurden. Es verwendet Rückblick, den unsere Vorfahren nicht hatten.

Ihr Lehrbuch beschreibt das heutige Modell der elektrischen Ladung und spielt nur auf die historische Entwicklung von Ideen an. Im Vergleich zu heute wurde dies durch Mystik und Aberglauben sowie durch eine schlechte Kommunikation zwischen den wenigen Menschen behindert, die über die Ressourcen verfügten, um wissenschaftliche Untersuchungen durchzuführen.

Statische Elektrizität und Magnetismus wurden ursprünglich als dasselbe Phänomen angesehen. Beide waren den alten Griechen bekannt (Bernstein = 'elektron', schwarze Logensteine ​​waren in Magnesia reichlich vorhanden). Sie wurden erstmals um 1600 von William Gilbert ausgezeichnet ('De Magnete' http://www.gutenberg.org/ebooks/33810). Er beschrieb statische Elektrizität als eine Flüssigkeit, die durch Reiben freigesetzt wird, und klassifizierte Materialien als "Elektrik" (diejenigen, die elektrifiziert werden könnten) und "Nichtelektrik" (diejenigen, die nicht elektrifiziert werden konnten). Um 1620 entdeckte Niccolo Cabeo, dass Elektrizität sowohl abstoßen als auch anziehen kann.

Der erste (statische) elektrische Generator wurde 1660 erfunden. 1729 entdeckte Stephen Gray die elektrische Leitung und klassifizierte Materialien als Leiter und Nichtleiter neu. 1733 entdeckte Charles Francois du Fay, dass Elektrizität in zwei Formen vorliegt, die er als harzig (-) und glasartig (+) bezeichnete. Das Leyden Jar, der ursprüngliche Kondensator zum Speichern und Freisetzen elektrischer Ladung, wurde 1745 erfunden. Benjamin Franklins größte Errungenschaft bestand darin, zu zeigen, dass atmosphärische Elektrizität (Blitz) und statische Elektrizität, die im Labor erzeugt werden, dasselbe Phänomen sind.

Du Fays Bericht über "zwei Arten von elektrischer Flüssigkeit" wurde 1733 in Philosophical Transactions veröffentlicht. Darin stellte er das Gesetz fest, das "wie Ladungen abstoßen, Gegensätze anziehen". Er zeigte, dass alle Körper, sowohl Feststoffe als auch Flüssigkeiten, elektrifiziert werden konnten. Seine Klassifizierung der Elektrizität selbst und nicht der Materialien, die sie erzeugen oder leiten können, war eine bahnbrechende Idee für das Verständnis von Elektrizität.
http://rstl.royalsocietypublishing.org/content/38/427-435/258.full.pdf+html?sid=c8642e49-7dd2-488e-b815-f031c1bb6afb

Franklins Ergebnisse und Ideen wurden als Experimente und Beobachtungen zur Elektrizität (1751) veröffentlicht. Sein Single Fluid -Modell konkurrierte mit den zwei Fluid -Modellen von Du Fay und Abbe Jean-Antoine Nollet. Er erklärte eine Flüssigkeit (negativ) als das Fehlen der anderen Flüssigkeit (positiv). Er prägte mehrere elektrische Begriffe, die wir heute noch verwenden, einschließlich Ladung, Leiter, Plus, Minus, Positiv, Negativ. https://archive.org/details/experimentsobser00fran


Ich denke du hast recht. Es scheint nicht viele Ideengeschichten zu Elektrizität und Magnetismus zu geben. Eine Möglichkeit (wahrscheinlich nur in Hauptbibliotheken verfügbar) ist:

Eine Geschichte der Elektrizität: (Der intellektuelle Aufstieg der Elektrizität) von der Antike bis zu den Tagen von Benjamin Franklin
Park Benjamin, Söhne von J. Wiley &, 1898 - 605 Seiten

"harzig" und "glasartig" waren, glaube ich, die Tatsache, dass man, wenn man ein Tuch mit einem Stück Bernstein [versteinertes Harz] reibt, eines bekommt, und wenn man ein Stück Glas verwendet, bekommt man das andere.
levitopher
2016-07-05 19:17:39 UTC
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Hier gibt es einige gute Antworten, aber ich denke, ich möchte versuchen, Franklins Arbeit ein wenig zu abstrahieren. Da Franklin nur zwei Optionen fand - "abstoßen" und "anziehen", musste er nur zwei Arten von Anklagen berücksichtigen.

Betrachten Sie das Experiment, bei dem Glas-Glas-Abstoßungen, Kunststoff-Kunststoff-Abstoßungen und Glas-Kunststoff abwehren. Wenn alle Gläser gleich sind, muss das Glas die gleiche Art von Ladung erzeugen (nennen Sie es "Glasladung"). Plastik hat offensichtlich eine andere Art von Ladung (da es abstößt). Plastik hat also "Plastikladung". Die Regel für "Gebühren" lautet: "Gleiche Gebühren stoßen ab" und "Im Gegensatz zu Gebühren ziehen sich an".

Wir werden also nicht über den Rest der Geschichte informiert, aber vermutlich hat er dies mit vielen anderen Materialien getan und festgestellt, dass einige abgestoßen und andere angezogen wurden. Er hätte sie alle unterschiedlich kennzeichnen und weitere Regeln hinzufügen können (Metallladungen, Holzladungen, Wasserladungen usw.), aber wenn Sie nur zwei Ergebnisse haben ("anziehen" und "abstoßen"), kann jedes Objektpaar nur eine von ihnen ausführen diese beiden Dinge.

Also hätte er dreifache Objekte ausprobieren können, um zu sehen, ob dies nur ein binärer Effekt ist, aber da es in der Natur nur zwei (elektrische) Ladungen gibt, hätte er das herausgefunden. Und wenn er sich über die Größe des Effekts Sorgen gemacht hätte, hätte er natürlich viele verschiedene Arten von Ladungen berechnet ("Plastikladungen" sind viel größer als "Holzladungen", aber wahrscheinlich kleiner als diese) "Metallladungen"), aber da er binäre Daten betrachtete, war er gezwungen, nur binäre Antworten zu berücksichtigen.

Tanmay Kulkarni
2016-07-05 15:05:20 UTC
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Nehmen wir an, wir wissen nicht, wie viele Arten von Gebühren existieren. Aber wir wissen, dass es Körper gibt, die sich gegenseitig anziehen oder abstoßen. Jetzt führen wir ein Experiment

durch
  1. Wir finden alle diese Körper, die sich gegenseitig abstoßen, und ordnen sie in separate Kategorien ein.

  2. Nach ausgiebigen Experimenten stellen wir fest, dass sie nur zu zwei Haufen gehören.

  3. Außerdem beobachten wir, dass sich die Objekte in den beiden verschiedenen Stapeln gegenseitig anziehen.

  4. Wir können einen von ihnen willkürlich als positiv und den anderen als negativ definieren.

  5. ol>
Was ist mit neutralen Ladungen?
ravenspoint
2016-07-06 07:16:48 UTC
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Unter den konkurrierenden Hypothesen sollte die mit den wenigsten Annahmen ausgewählt werden.

Einige elektrifizierte Objekte stoßen ab, andere ziehen an.Dies kann durch zwei Arten von Gebühren erklärt werden.Nichts, was nicht durch zwei Ladungen erklärt werden kann, kann durch Hinzufügen einer dritten Ladungsart erklärt werden.Daher beschreiben wir Elektrizität weiterhin als in zwei Arten vorkommend.

Ich denke nicht, dass die Maxime notwendig ist.Beachten Sie, dass das Abstoßen _transitiv_ ist: Wenn A B abstößt und B C abstößt, dann stößt A C ab, aber die Anziehung ist _anti-transitiv_: Wenn A B anzieht und B C anzieht, dann stößt A C ab. Mit drei oder mehr verschiedenen Arten von Ladungen,das kann nicht halten.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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