Cavendish, Henry

Henry Cavendish
Henry Cavendish
Datum narození 10. října 1731( 1731-10-10 ) [1] [2] [3] […]
Místo narození Nice , Francie
Datum úmrtí 24. února 1810( 1810-02-24 ) [2] [3] [4] […] (ve věku 78 let)
Místo smrti Londýn , Velká Británie
Země
Vědecká sféra fyzika , chemie
Alma mater Cambridgeská univerzita
Ocenění a ceny Copleyova medaile (1766)
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Henry Cavendish ( eng.  Henry Cavendish ; 10. října 173124. února 1810 ) – britský fyzik a chemik , člen Royal Society of London (1760) [5] , zahraniční člen Pařížské akademie věd (1803) [ 6] .

Životopis

Henry Cavendish se narodil 10. října 1731 v Nice lordu Charlesi Cavendishovi, synovi druhého vévody z Devonshire , Williama Cavendishe, a lady Anne Greyové, dcery Henryho Graye , prvního vévody z Kentu . Rodina Cavendishů byla úzce spjata s mnoha šlechtickými rody ve Velké Británii, její historie sahá asi osm století zpět a sahá až do éry Normanů . Lady Anne zemřela, pravděpodobně na tuberkulózu, krátce po narození Henryho mladšího bratra Fredericka, takže ani jeden z chlapců svou matku neznal.

Henry spolu se svým bratrem Frederickem získal základní vzdělání doma. Zpočátku bylo plánováno pokračovat ve vzdělávání bratrů v Etonu  , klasické anglické škole, která poskytovala dobrý výcvik pro budoucí státníky. Henry ani jeho bratr však neprojevili zálibu v právní vědě, a tak se jeho otec rozhodl poslat je do specializované vědecké instituce. Usadil se na Hackney Academy, jejíž mnozí učitelé byli důvěrně obeznámeni se špičkovými mozky moderní vědy. Henry a Frederick byli prvními členy rodiny Cavendish, kteří vystudovali Hackney Academy, ale později se tato škola stala velmi populární mezi dalšími aristokratickými anglickými rodinami.

V roce 1749, ve věku osmnácti let, Henry vstoupil na univerzitu v Cambridge a pokračoval v kmenové tradici a stal se dvacátým prvním členem rodiny Cavendishů, který vstoupil na tuto univerzitu. Jeho bratr Frederick vstupuje na univerzitu o dva roky později. Studium na univerzitě, které absorbovalo myšlenky Isaaca Newtona , výrazně ovlivnilo světonázor bratrů. Henry Cavendish opustil univerzitu v roce 1753, aniž by získal titul, protože neviděl potřebu akademické kariéry. Po odchodu z univerzity začíná provádět vlastní vědecký výzkum. Cavendish vedl klidný a odloučený život, nebyl ženatý. Miloval jemně zpracovaný nábytek, zdokumentovaný jako nákup „deset židlí a mahagonové pohovky se saténovým čalouněním“. Se svými služebnictvem komunikoval výhradně poznámkami a nenavazoval osobní vztahy mimo rodinu. Podle jednoho zdroje, aby se dostal domů, Cavendish často používal zadní vrátka, aby se vyhnul setkání se svou hospodyní. Někteří moderní lékaři (takový jako Oliver Sachs ) navrhnou, že Cavendish trpěl Asperger syndromem , ačkoli on může jednoduše byli velmi plachí. Jeho společenský kruh byl omezen pouze na klub Královské společnosti , jejíž členové společně večeřeli před každotýdenními schůzkami. Cavendish tato setkání jen zřídka vynechal a jeho současníci ho hluboce respektovali. Své vědecké úspěchy nepublikoval v časopisech ani je jinak nedistribuoval.

Cavendish byl velkorysý mecenáš . Jakmile se Cavendish dozvěděl, že student, který mu pomáhal organizovat knihovnu, byl v obtížné finanční situaci, okamžitě mu napsal šek na 10 tisíc liber - v té době obrovské množství.

Cavendish byl k okolnímu světu zcela lhostejný a nikdy se nezajímal o události, které se v tomto světě odehrávají – dokonce ani tak významné jako Francouzská revoluce nebo napoleonské války , které se přehnaly Evropou .

Cavendish zemřel 24. února 1810 a zanechal po sobě jmění 700 000 £ a dalších 6 000 £ ročního příjmu z panství. Ani jedna libra tohoto bohatství nebyla věnována na potřeby vědy. Závěť obsahovala kategorický požadavek, aby byla krypta s jeho rakví ihned po pohřbu pevně zazděna a venku nebyly žádné nápisy naznačující, kdo byl v této kryptě pohřben. A tak se to udělalo. Cavendish byl pohřben v katedrále v Derby . Nebyla provedena žádná ohledání těla, nebyla provedena pitva.

Jeho mladší bratr Frederick, ve věku jednadvaceti let, utrpěl vážné poškození mozku po pádu z okna během posledního ročníku na Cambridgeské univerzitě . Důkazy naznačují, že se pokoušel replikovat slavný experiment Benjamina Franklina o povaze blesku během blížící se bouřky . Po celý život potřeboval zvláštní péči.

Vědecké úspěchy

Pneumatická chemie

Cavendishova publikovaná práce se zabývá především výzkumem plynu a odkazuje na období 1766-1788. Zaměříme se na hlavní práci vědce "Umělý vzduch ". Tato práce je velmi vědecky zajímavá, vypráví o složení a vlastnostech vody .

Cavendishův pneumatický výzkum je pozoruhodný množstvím objevů, které učinil. Mezi nejvýznamnější z nich patří první kompletní expozice vlastností vodíku a oxidu uhličitého; demonstrace stálosti složení atmosférického vzduchu a první výpočet jeho složení s poměrně vysokou přesností; záznamy slavných experimentů, které vedly k objevu netriviálních vlastností vody a k objevu složení kyseliny dusičné .

Před plodnými experimenty Cavendishe pneumatická chemie téměř neexistovala. V dílech několika vědců z celého světa byly zmínky o „elastické tekutině“, která se podílí na některých chemických přeměnách. Paracelsus měl určitou znalost vodíku . Van Helmont , který zavedl pojem „ plyn “, pracoval na uvolňování oxidu uhličitého a některých hořlavých plynných sloučenin uhlíku a síry , Boyle se ve svých experimentech setkal s kyselinou uhličitou a vodíkem.

Tito vědci měli nejblíže k pochopení plynů jako jednotlivých látek, ale příliš málo se vědělo o jejich různých vlastnostech, podle kterých lze tyto plyny rozlišit a rozpoznat. Přesvědčení, že se při reakci neuvolňují jednotlivé plyny, ale prostý vzduch různého stupně zahřívání, bylo charakteristické pro téměř všechny chemiky druhé poloviny 18. století. Vývoj pneumatické chemie mohl probíhat pouze na základě pozorování rozdílů mezi umělým vzduchem získaným při různých reakcích , ale chemici těmto rozdílům věnovali malou pozornost a poukazovali pouze na podobnosti a rozdíly plynů získaných z atmosférického vzduchu.

Pozoruhodným příkladem jsou slavné eseje Stephena Halese , ve kterých píše o reakcích, při nichž se uvolňuje „atmosférický vzduch “ nebo „elastické tekutiny “. Podle moderních představ v průběhu svého výzkumu ve skutečnosti přijímal kyslík , vodík , dusík , chlór , oxid uhličitý , kyselinu siřičitou a další plyny . Gales nezaznamenal rozdíly ve vůni, barvě, rozpustnosti ve vodě, hořlavosti získaných látek. Považoval je za identické s atmosférickým vzduchem , protože vykazovaly stejnou pružnost a (jak se vědci zdálo, kvůli nepřesnosti zařízení) měly stejnou hmotnost. Jejich nápadné rozdíly v reaktivitě považoval za výsledek náhodného smísení „pravého vzduchu“ s cizími nečistotami, nikoli za podstatné a výrazné vlastnosti různých „elastických kapalin“ či plynů.

Hakort, zkoumající Boyleovy experimenty , zaznamenal určité rozdíly mezi „elastickými tekutinami“, které získal, a atmosférickým vzduchem. Při absenci dalších důkazů byla tato teorie označena za nepravdivou.

1754, nicméně, označí vzhled Blackovy první disertační práce , ukazovat existenci přinejmenším jeden “elastická tekutina” to má konstantní chemické vlastnosti, odlišné od těch atmosferického vzduchu . Vzhledem k tomu, že výsledky jeho výzkumu byly v rozporu s převládajícím názorem, netroufá si pojmenovat uvolněný plyn ( vodík ) a odkazuje na experimentální chybu, kterou plánuje v budoucnu vyjádřit přesněji.

Black však dělá od svých předchůdců velký krok vpřed. V pozdějších spisech popisuje vlastnosti roztoku kyseliny uhličité ; o dvanáct let později Cavendish ukazuje, že má úplně stejné chemické vlastnosti ve volném stavu.

"Umělý vzduch"

Jeho první zpráva o plynech s názvem Umělý vzduch byla zveřejněna v roce 1766. Začíná tím, že definuje umělý vzduch jako „jakýkoli druh vzduchu, který je obsažen v jiných orgánech v ‚nepružném‘ stavu a lze ho odtud získat.“ Následují odkazy na Blackovu práci , ve které uvádí svůj záměr v budoucnu používat termín „nehybný vzduch“ ve vztahu k plynu obsaženému v uhličitanech prvků alkalických zemin a kovů alkalických zemin . Cavendish také nazývá tento vzduch "nehořlavý", na rozdíl od vzduchu, který se uvolňuje při rozpadu živých organismů a interakci kovů s kyselinami . Pojmy "hořlavý" a "nehořlavý" vzduch následně nacházejí široké uplatnění.

Cavendish rozděluje své poselství do tří částí: první odkazuje na vodík , druhá na oxid uhličitý , třetí na plyny uvolňované během fermentace a rozkladu . Mezi hlavní pozorování Cavenidshe patří následující: zinek , železo a cín byly jediné kovy , které uvolňovaly „hořlavý vzduch“ při interakci se zředěnými roztoky kyseliny sírové a chlorovodíkové . Zinek se rozpouštěl v obou kyselinách rychleji než železo a cín, ale uvolňovalo se stejné množství vzduchu, bez ohledu na použitou kyselinu . Železo poskytlo stejné množství „hořlavého vzduchu“ v roztocích kyseliny sírové různé síly. Cín se nejlépe rozpouští v teplé kyselině chlorovodíkové. Unce zinku vyprodukovala asi 356, unce železa 412 a unce cínu 202 uncí „topného plynu “.

Všechny tyto kovy se snadno rozpouštějí v oxidu dusném ( kyselina dusičná ) a produkují „nehořlavý vzduch“ ( oxidy dusíku ), stejně jako horký vitriolový olej (koncentrovaná kyselina sírová ), také produkují „nehořlavý vzduch“ se silným nepříjemným zápachem. .

Z těchto pozorování Cavendish dospěl k závěru, že když jsou kovy rozpuštěny ve zředěné kyselině sírové nebo chlorovodíkové , „jejich flogiston letí, nemění svou povahu se změnou kyseliny a vytváří „hořlavý vzduch“, ale když kovy interagují s koncentrovanou kyselinou sírovou nebo dusičnou. jejich flogiston ztrácí svou hořlavost.“

Cavendish ve své práci poukázal na následující vlastnosti „hořlavého plynu“ ( vodíku ): neztrácí svou elasticitu, nevykazuje znatelné rozpouštění ve vodě a interakci s alkáliemi . Cavendish také zkoumal vliv složení směsi kyslíku a vodíku na výbušnost. Směs jednoho dílu „hořlavého vzduchu“ a devíti dílů „obyčejného“ hořela výhradně v dotyčné nádobě. Směs 8 dílů „hořlavého vzduchu“ a 2 dílů „normálního“ se vznítila bez výbuchu. Při zvýšení množství vodíku asi dvakrát došlo ke spalování s explozí. Z těchto experimentů se Cavendish pokusil stanovit poměr mezi vodíkem a atmosférickým vzduchem nezbytným pro úplné spálení směsi, ale udělal chybu, protože se domníval, že na dva objemy vodíku je potřeba 7 objemů vzduchu, zatímco 5 objemů druhého by být dost.

Cavendish se také pokusil zjistit hmotnost vodíku „topného plynu“ . Došel k závěru, že hořlavý vzduch unikl 8760krát lehčí než voda nebo 11krát lehčí než „obyčejný vzduch“ (vodík je ve skutečnosti 14,4krát lehčí než vzduch).

Cavendish doplňuje první část své práce studiem interakce mědi s kyselinou chlorovodíkovou a pokouší se tímto způsobem získat „hořlavý plyn “. Vědec dochází k závěru, že plyn uvolněný při reakci (plynná kyselina chlorovodíková ) se ve směsi s atmosférickým vzduchem nezapálí a také ztrácí elasticitu při interakci s vodou (v důsledku rozpouštění), což znamená, že není možné získat „hořlavý plyn“ tímto způsobem se zdá být možné. Cavendish nestudoval plynnou kyselinu chlorovodíkovou.

Druhá část Cavendishova díla se nazývá „Pokusy na vázaném vzduchu čili umělém vzduchu získaném z alkalických látek reakcí s kyselinami nebo kalcinací“.

Při popisu této části práce se Cavendish opírá o výsledky získané Blackem ohledně vlivu kyseliny uhličité na tvrdost uhličitanů . Cavendish získal oxid uhličitý rozpuštěním mramoru v kyselině chlorovodíkové . Zjistil, že uvolněný plyn je rozpustný ve vodě , rychle reaguje s alkáliemi , ale může přetrvávat až jeden rok pod vrstvou rtuti , aniž by ztratil svou elasticitu a chemické vlastnosti. K určení rozpustnosti oxidu uhličitého ve vodě použil Cavendish přístroj, jehož objev je často připisován Priestleymu . V odměrné nádobě naplněné rtutí Cavendish vypustil známé objemy zkoumaného plynu a vody; tak zjistil, že „při teplotě 55 ° voda absorbuje mnohem více zkoumaného plynu než běžný vzduch “. V průběhu svých experimentů však zjistil, že voda neabsorbuje vždy stejný objem plynu vázaného v mramoru. Vědec tuto skutečnost vysvětlil tím, že tento plyn obsahuje látky s různou rozpustností ve vodě. Vědec také zjistil, že studená voda rozpouští mnohem více tohoto plynu než horká voda; pro vysvětlení této skutečnosti uvedl příklad vařící vody, která nejenže není schopna absorbovat žádný plyn, ale je také zbavena toho, co již absorbovala.

Hustota kyseliny uhličité byla stanovena stejným způsobem jako v případě vodíku , byla rovna 1,57 hustoty atmosférického vzduchu . Tato definice dobře reprodukuje aktuálně známou hodnotu 1,529. Nepřesnost stanovení je spojena s přítomností příměsi plynné kyseliny chlorovodíkové a také s nedokonalostí zařízení. Byla provedena řada experimentů o vlivu oxidu uhličitého na proces spalování, Cavendish použil jednoduchou instalaci obsahující skleněnou nádobu a voskovou svíčku. S pouze atmosférickým vzduchem ve sklenici svíčka hořela 80 sekund. Když nádoba obsahovala jeden díl „vázaného vzduchu“ (oxid uhličitý) a 19 dílů atmosférického vzduchu, svíčka hořela 51 sekund, v poměru 1 ku 9 – pouhých 11 sekund. Přidání i malého množství oxidu uhličitého do atmosférického vzduchu tak zbavuje atmosférický vzduch schopnosti udržovat spalování .

Následují pokusy určit množství "vázaného vzduchu" v uhličitanech alkalických kovů . Za tímto účelem Cavendish změřil ztrátu hmoty roztoku během interakce uhličitanů s kyselinou chlorovodíkovou . Došel k závěru, že uhličitan amonný obsahuje mnohem více vázaného vzduchu než mramor , protože reakce s kyselinou chlorovodíkovou byla prudší.

Třetí část Cavendishovy práce je věnována „Vzduchu vznikajícímu v procesech fermentace a hniloby “. McBride na základě Blackova návrhu ukázal, že oxid uhličitý se uvolňuje výhradně v těchto procesech . Cavendish potvrdil tento výsledek experimenty na fermentaci sladkého vína a jablečné šťávy. Plyn uvolněný v těchto procesech byl skutečně zcela absorbován uhličitanem draselným a měl také stejnou rozpustnost ve vodě , působení plamene a specifickou hmotnost jako „vzduch“ uvolněný z mramoru .

Cavendish získával plyny uvolněné při rozkladu rozkladem vývaru při teplotě blízké bodu varu vody . Experiment se prováděl tak dlouho, dokud se nepřestal uvolňovat plyn. Výsledný plyn byl veden přes roztok uhličitanu draselného , ​​zatímco oxid uhličitý byl absorbován a směs "obyčejného vzduchu " a trochu "hořlavého vzduchu" zůstala v poměru 1 ku 4,7. Dále Cavendish určil měrnou hmotnost výsledné směsi a porovnal ji s měrnou hmotností 1 dílu atmosférického vzduchu a 4,7 dílu vodíku ; podíl posledně jmenovaných se ukázal být menší. Vědec dospěl k závěru, že získaný nový „hořlavý plyn“ má téměř stejnou povahu jako plyn získaný interakcí kovů s kyselinami .

Cavendish byl schopen přesně určit složení zemské atmosféry . Po pečlivém měření vědec dospěl k závěru, že „běžný vzduch se skládá z jedné části vzduchu bez flogistonu (kyslíku) a čtyř částí vzduchu s flogistonem (dusík).“

V práci z roku 1785 je popsán experiment, při kterém se Cavendishovi podařilo odstranit kyslík a dusík ze vzorku atmosférického vzduchu, ale zároveň tam byla určitá část, kterou vědec nedokázal odstranit pomocí jemu známých metod. Z tohoto experimentu Cavendish dospěl k závěru, že ne více než 1/120 atmosférického vzduchu tvoří jiné plyny než kyslík a dusík. Trvalo asi sto let , než Ramsay a Rayleigh , opírající se mimo jiné o práci Cavendishe, dokázali, že tato zbytková část atmosférického vzduchu je převážně argon a ještě později v něm byly nalezeny další inertní plyny .

Gravitační konstanta

Kromě svých úspěchů v oblasti chemie je Cavendish známý také svými experimenty, kterými určoval hodnotu hustoty Země , což znamenalo také určení hmotnosti Země, protože poloměr Země byl již znám s dostatečná přesnost a také jednoduchými výpočty získat číselnou hodnotu gravitační konstanty (což bylo pravděpodobně provedeno po Poissonově Pojednání o mechanice (1811), kde byla gravitační konstanta zavedena ve své čisté podobě). Na základě výsledků Cavendishe je možné vypočítat jeho hodnotu G = 6,754⋅10 −11 N m²/kg² [7] , což je v dobré shodě s aktuálně akceptovanou hodnotou 6,67384⋅10 −11 N m²/kg² [ 8] .

Experiment původně navrhl John Michell . Byl to on, kdo navrhl hlavní část experimentálního uspořádání - torzní váhu, ale zemřel v roce 1793 , aniž by provedl experiment. Po jeho smrti přešlo experimentální nastavení na Cavendish, který nastavení upravil, provedl experimenty v roce 1797 a popsal je ve Filosofických transakcích v roce 1798 [9] . Na svou dobu bylo toto dílo nesrovnatelným mistrovským dílem umění fyzikálního experimentu.

Experimentální uspořádání sestávalo z torzní váhy pro měření gravitační síly mezi dvěma 350- lb olověnými koulemi a párem 1,61- lb 2-palcových koulí . Pomocí tohoto zařízení Cavendish určil, že průměrná hustota Země je 5,48krát větší než hustota vody . John Henry Poynting později poznamenal, že výsledkem dat měla být hodnota 5,448 a skutečně toto číslo je průměrem dvaceti devíti Cavendishových experimentů popsaných v jeho práci. Tento výsledek však nebyl znám téměř 100 let, protože Cavendish se nestaral o zveřejnění své práce, ani o uznání vědeckým světem. V současnosti se hustota Země odhaduje na 5,5153 g/cm³.

Řada zdrojů ne zcela správně popisuje měření gravitační konstanty či hmotnosti Země jako bezprostřední cíl Cavendishovy práce a tuto nepřesnost zaznamenalo již mnoho autorů [10] [11] [12] [13] . Ve skutečnosti bylo Cavendishovým hlavním cílem, jak vyplývá z jeho vlastní prezentace, určit pouze hustotu Země, ale tento výsledek posloužil jako základ pro výpočet jak hmotnosti Země, tak gravitační konstanty G, která byla zaveden pro systematické použití (odděleně od GM kombinací) pouhých 100 let po Cavendishově experimentu [14] .

Elektrotechnický výzkum

Cavendish napsal několik prací o vlastnostech elektřiny pro Královskou společnost, ale většinu jeho experimentů shromáždil a publikoval James Maxwell až o století později v roce 1879, krátce poté, co ostatní vědci dospěli ke stejným výsledkům. Mezi objevy Cavendishe patří [15] :

Cavendish experimentálně zjistil (1771) vliv prostředí na kapacitu kondenzátorů a určil (1771) hodnotu dielektrických konstant řady látek.

V roce 1775 pozval sedm význačných vědců, aby předvedli umělý elektrický paprsek , který navrhl , a všem dal elektrický šok , naprosto totožný s tím, kterým ochromuje své oběti skutečný rejnok. A na konci show hostům slavnostně oznámil, že právě tato nová síla, kterou předvedl, jednou způsobí revoluci v celém světě.

Další díla a vynálezy

Zabýval se určováním tepla fázových přechodů a měrné tepelné kapacity různých látek. Vynalezený eudiometr  - zařízení pro analýzu směsí plynů obsahujících hořlavé látky, zavedené do praxe odvlhčovače. Předvídal mnoho vynálezů 19. století v oblasti elektřiny, ale všechny jeho práce zůstaly v rodinném archivu v Devonshire, dokud James Maxwell v roce 1879 nepublikoval svá vybraná díla. A i nyní zůstává několik krabic plných rukopisů a nástrojů, jejichž účel nelze určit, nevytříděno.

Paměť

V roce 1935 pojmenovala Mezinárodní astronomická unie kráter na viditelné straně Měsíce po Henrym Cavendishovi .

I když se všeobecně věří, že světově proslulá Cavendishova laboratoř je pojmenována po Henrym Cavendishovi, není to pravda. Je pojmenován po jeho příbuzném Williamu Cavendishovi, 7. vévodovi z Devonshire. Byl kancléřem University of Cambridge a věnoval velkou částku na otevření první světové výukové a výzkumné laboratoře na univerzitě.

Viz také

Poznámky

  1. Lundy D. R. Henry Cavendish // Šlechtický titul 
  2. 1 2 Henry Cavendish // Encyklopedie Brockhaus  (německy) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus , Wissen Media Verlag
  3. 1 2 Henry Cavendish // Gran Enciclopèdia Catalana  (kat.) - Skupina Enciclopèdia Catalana , 1968.
  4. Henry Cavendish // GeneaStar
  5. Cavendish; Jindřich (1731 - 1810); Natural Philosopher // Webová stránka Royal Society of London 
  6. Les membres du passé dont le nom zahájit par C Archivováno 25. července 2020 na Wayback Machine  (FR)
  7. Štětec, Stephen G.; Holton, Gerald James. Fyzika, lidské dobrodružství: od Koperníka po Einsteina a  dál . — New Brunswick, NJ: Rutgers University Press , 2001. — S. 137. — ISBN 0-8135-2908-5 .
  8. CODATA Hodnota: Newtonova gravitační konstanta . Získáno 17. července 2014. Archivováno z originálu 29. září 2015.
  9. Bryson, B. (2003), "Velikost Země": Krátká historie téměř všeho, 60-62.
  10. Tipler, PA a Mosca, G. (2003), Physics for Scientists and Engineers: Extended Version , WH Freeman ISBN 0-7167-4389-2 .
  11. Feynman, R.P. (1970), Feynmanovy přednášky o fyzice , 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: the man and the measurement, Measurement, Science & Technology 10 (6): 470-477.
  14. Cornu, A. a Baille, JB (1873), Vzájemné stanovení konstanty přitažlivosti a střední hustoty Země, ČR Akad. sci. , Paris sv. 76, 954-958.
  15. Elektřina . Encyklopedie Britannica (1911). Archivováno z originálu 22. srpna 2011.

Odkazy