Diufe i dva elektriciteta

Istorija elektrotehnike

Deo 5 · Pariz, 1733.

Vojnik koji je vodio kraljevski vrt

Šarl Fransoa de Sisterne Diufe (Charles François de Cisternay du Fay, 1698–1739) ušao je u vojsku sa četrnaest godina i u njoj proveo deceniju i po. Onda je 1723. primljen u Akademiju nauka, a nešto kasnije postavljen za upravnika Kraljevskog vrta u Parizu — ustanove iz koje će nastati današnji Prirodnjački muzej. Bio je čovek koji je ozbiljno radio u hemiji, botanici, optici i geometriji, a u istoriju je ušao po nečemu što je zapravo bila usputna tema.

Kad je 1732. pročitao izveštaje o Grejovim ogledima, koje smo opisali u tekstu „Grej i Hoksbi: elektricitet uči da putuje", odlučio je da ceo predmet obradi sistematski. To je bio njegov metod: ne pojedinačni efektni ogled, nego pregled svega poznatog i provera svake tvrdnje redom.

Rezultat je bio niz od šest memoara predatih Akademiji tokom 1733. i 1734. godine. U prvom je oborio Gilbertovu podelu na materijale koji se elektrišu i one koji se ne elektrišu: pokazao je da se svako telo može naelektrisati trljanjem, uključujući i metale, samo pod uslovom da je izolovano od zemlje. Ono što je Gilbert video kao dve vrste materije bila je, u stvari, razlika između provodnika i izolatora.

Ogled koji je krenuo naopako

Aparatura je bila jednostavna: staklena cev, komad smole ili ćilibara, vuna i svila za trljanje, i lako telo okačeno o svilenu nit — Diufe je najčešće koristio komadić zlatnog listića ili laganu kuglicu od bezgovog srca.

Postupak i redosled zapažanja:

1. Protrlja staklo, prinese ga listiću. Listić je privučen, dodirne staklo, pa bude odbijen — tačno kao kod Gerikeove kugle.
2. Dok listić lebdi odbijen od stakla, prinese mu drugi komad protrljanog stakla. I on ga odbija. Dakle: staklo i staklo se odbijaju.
3. Ponovi sve sa ćilibarom umesto stakla. Isto: ćilibar i ćilibar se odbijaju.
4. Zatim listiću koji je odbijen od stakla prinese protrljani ćilibar — i listić je snažno privučen.

Ovaj četvrti korak je trebalo da potvrdi pravilo, a oborio ga je. Ako je elektricitet jedna stvar, telo koje je njome nabijeno mora se ponašati isto prema svakom nabijenom telu. A nije se ponašalo isto.

Diufe je proverio unakrsno, u oba smera, sa raznim materijalima. Zaključak je bio neizbežan i on ga je izgovorio jasno:

Postoje dve vrste elektriciteta, vrlo različite jedna od druge: jednu nazivam staklastom (vitreuse), drugu smolastom (résineuse). Telo staklaste vrste odbija sva tela iste vrste, a privlači sva tela smolaste vrste.
Diufe, memoar Akademiji nauka, 1733.

Staklasti su, po njegovoj podeli, staklo, kamen, dlaka, vuna. Smolasti su ćilibar, smola, sumpor, svila, papir.

Pravilo koje i danas učimo

ZAPAMTI OVO

Istovrsna naelektrisanja se odbijaju, raznovrsna se privlače.

Ovo je prvi zakon u ovom serijalu — prva tvrdnja koja nije opis pojedinačne pojave, nego pravilo bez izuzetka koje unapred kaže šta će se desiti u ogledu koji još nije izveden.

Vredi zastati kod jedne posledice koja se lako previdi. Do Diufea, privlačenje je bila jedina pojava, a odbijanje neobičnost. Posle Diufea, privlačenje i odbijanje su ravnopravna — dve strane istog zakona. To je važno jer je gravitacija, jedina druga poznata sila na daljinu, umela samo da privlači. Elektricitet time postaje suštinski drugačija vrsta sile, a ne slabija rođaka teže.

Diufe je uočio i pravilo koje objašnjava celu igru privlačenja i odbijanja: telo koje dodirne naelektrisani predmet preuzme istu vrstu elektriciteta i zato biva odbijeno. Time je zaokružen ciklus koji je Gerike video, a nije umeo da protumači: privuci — dodirni — prenesi istu vrstu — odbij.

Teorija dva fluida: zašto je bila razumna

Objašnjenje koje je Diufe ponudio bilo je ovakvo. U svakom telu, u normalnom stanju, nalaze se pomešane dve nevidljive tečnosti — staklasti i smolasti fluid — u jednakim količinama, tako da se međusobno poništavaju i telo se spolja ne ispoljava. Trljanje ih razdvaja: jedan fluid ostane, drugi pređe na materijal kojim se trlja. Svaki fluid odbija sam sebe, a privlači onaj drugi.

Pogledaj šta sve ta teorija objašnjava:

• Zašto obična tela ne pokazuju ništa — fluidi su u ravnoteži.
• Zašto trljanje uvek elektriše oba tela, i to suprotno — jedan fluid pređe, drugi ostane.
• Zašto se naelektrisanje neutrališe kad se spoje suprotna tela — fluidi se ponovo pomešaju.
• Zašto naelektrisanje otiče u zemlju — Zemlja je neizmerno velik rezervoar oba fluida.
• Zašto se elektricitet kreće kroz provodnike — fluid je tečnost, a tečnost teče.

Pet pojava, jedno objašnjenje, i sve slaže. Ništa u to vreme nije govorilo protiv nje.

Danas znamo da je slika delimično tačna, a delimično okrenuta naglavačke. Tačno je da postoje dve suprotne vrste naelektrisanja i da je neutralno telo jednaka mešavina jednog i drugog. Netačno je da se oba pokreću: u čvrstim telima kreću se samo elektroni, dok jezgra ostaju u rešetki. Pozitivno naelektrisano telo nije telo koje je dobilo pozitivan fluid, nego telo kome nedostaju elektroni.

Ovde treba biti pošten prema Diufeu: u tečnostima i gasovima zaista se kreću i pozitivni i negativni nosioci. Elektrolit, plazma, pa i jonizovani vazduh u varnici — sve to se ponaša bliže slici dva fluida nego slici jednog pokretnog. Njegova teorija nije bila glupa, bila je previše uopštena.

Sporni ogled i granica onoga što se moglo videti

Diufe je pokušao i da izmeri koliko daleko dejstvo dopire i kako slabi sa rastojanjem, ali tu nije stigao daleko. Razlog nije bila nemarnost — nije imao čime.

Zamisli šta bi mu trebalo. Prvo, način da kaže da jedno telo nosi dvostruko više elektriciteta od drugog; on ima samo listić koji se odmakne više ili manje. Drugo, način da naelektrisanje ostane isto tokom celog merenja; njegovo je oticalo u vazduh dok meri. Treće, instrument koji meri silu, a ne samo pokazuje da je ima.

Zato u ovom tekstu nema izvođenja. Diufeov doprinos je pravilo o smeru sile, a ne o njenoj veličini. Za veličinu će trebati Kulon i torziona vaga, četrdeset godina kasnije.

Diufe je 1734. otkrio i prve primere onoga što danas zovemo električnim pražnjenjem u vazduhu, a njegov najpoznatiji naslednik biće njegov učenik, opat Žan-Antoan Nole — čovek koji je elektricitet pretvorio u pariski salonski spektakl i koji će uskoro sa dvesta manastirskih monaha izvesti jedan od najčuvenijih ogleda u istoriji.

Sam Diufe je umro od malih boginja 1739, u četrdeset prvoj godini.

Šta je ovo promenilo

Prvo, elektricitet je dobio predznak. To zvuči kao sitnica, a nije: veličina koja može biti dvojaka je veličina koja se može sabirati i oduzimati. Tim korakom je otvoren put ka tome da naelektrisanje postane broj, a ne osobina. Bez toga nema Kulonovog zakona, nema Kirhofovih pravila, nema računanja bilo čega.

Drugo, dobili smo prvo pravilo koje predviđa. Sve do tada su se pojave opisivale; od Diufea se može reći unapred šta će se desiti kad se dva naelektrisana tela približe.

Treće, i najpraktičnije: nazivi staklasti i smolasti su preživeli samo dvanaest godina. Zamenio ih je Frenklin sa plus i minus, i o toj zameni — i o tome kako je Frenklin pogodio ideju a promašio smer — biće reči uskoro.

Ostalo je nerešeno gotovo sve. Ne zna se koliko elektriciteta ima u nekom telu. Ne zna se kako sila zavisi od rastojanja. I dalje se ne zna kako sila prelazi prazan prostor — pitanje koje je Gerike otvorio ostaje netaknuto.

Ali najžalosnije ograničenje je bilo najprozaičnije: elektricitet se nije mogao sačuvati. Sve što bi mašina proizvela, nestalo bi za nekoliko minuta. Nije postojao način da se naelektrisanje skupi na jedno mesto i tamo ostavi da čeka.

Rešenje je došlo 1745. i 1746, nezavisno u Nemačkoj i Holandiji, i to potpuno slučajno. Neko je pokušao da elektricitet „uhvati" u bocu vode — a onda je, ne razmišljajući, drugom rukom dotakao žicu koja je iz boce virila. Udarac je bio takav da je jedan od otkrivača, holandski profesor Muskenbruk, napisao da ga ne bi ponovio ni za krunu Francuske.

Tekst je nastao u saradnji sa modelom Claude Opus 5 (Anthropic), po autorskom konceptu i uz uređivanje autora bloga.