Стивен Грей – ағылшын физигі, электр тогының жүргізгіштігін жүйелі түрде зерттеген алғашқы ғалым. Металдар мен изоляторлар арқылы ток өтетінін анықтады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ағылшын физигі Стивен Грей (1666 жылдың желтоқсаны – 1736 жылдың 7 ақпаны) – ағылшын бояушысы және астрономы. Ол электр тогының өткізгіштігін жүйелі түрде зерттеуге кіріскен алғашқы адам. Оның 1729 жылғы жұмысына дейін, назар статикалық зарядтарды қарапайым жолмен жасауға және статикалық құбылыстарды зерттеуге (электр тогының соққысы, плазманың жарқырауы сияқты) бағытталған еді. Грей электр тогының металдар арқылы жүретінін және оқшаулағыштардың бетінде пайда болатынын көрсетті.
English physicist
Stephen Gray (December 1666 – 7 February 1736) was an English dyer and astronomer who was the first to systematically experiment with electrical conduction. Until his work in 1729 the emphasis had been on the simple generation of static charges and investigations of the static phenomena (electric shocks, plasma glows, etc.). Gray showed that electricity can be conducted through metals and that it appeared on the surfaces of insulators.
Ерте өмір
Грей Кентербериде (Кент графтығы) дүниеге келді. Алғашқы білімін алғаннан кейін, ол әкесіне (кейін ағасына) мата бояу өнерінде шәкірт болды. Оның қызығушылығы табиғат ғылымдарына, әсіресе астрономияға қатысты; ол осы дамып келе жатқан салалар бойынша өзін-өзі біліммен қамтып, аудандағы бай достарының кітапханалары мен ғылыми құралдарына қол жеткізді. Сол кезде ғылым – бай адамдардың хоббиі еді. Ол линзаларын өзі кесті және телескопын өзі жасады. Осы құралмен ол бірнеше шағын жаңалықтар ашты (көбінесе күн дақтары саласында), бақылауларының дәлдігімен танылды. Оның бірқатар есептерін Корольдік қоғам, қоғам хатшылығының қызметкері болған Генри Хант деген досы арқылы жариялады.
Gray was born in Canterbury, Kent, and after some basic schooling, he was apprenticed to his father (and later his elder brother) in the cloth dyeing trade. His interests lay with natural science and particularly with astronomy; he managed to educate himself in these developing disciplines, mainly through wealthy friends in the district, who gave him access to their libraries and scientific instruments. Science was very much a rich man's hobby at this time. He ground his own lenses and constructed his own telescope, and with this instrument he made a number of minor discoveries (mainly in the area of sunspots), gaining a reputation for accuracy in his observations. Some of his reports were published by the Royal Society through the agency of a friend, Henry Hunt, who was a member of the Society's secretarial staff.
Фламстидке кіріспе
Грейдің кейбір еңбектері Грейдің Кенттегі достарының туысы және жаңа Гринвич обсерваториясын салған алғашқы ағылшын корольдік астрономы Джон Флэмстидтің назарына ілікті. Флэмстид мұхитты кемемен жүргізушілер үшін бойлықты анықтау мәселесін шешу ниетімен аспанның егжей-тегжейлі және дәл жұлдыздық картасын жасауға тырысты. Грей оған көптеген бақылаулар мен есептеулер жасауда көмектесті (мүмкін, ақысыз). Грей біраз уақыт бойы Ньютонның досы және әріптесі Роджер Котес нашар басқарғандықтан, құлдырап қалған кембридждік екінші ағылшын обсерваториясында жұмыс істеді. Содан кейін Грей Кантерберидегі бояушылық кәсібіне қайта оралуға мәжбүр болды. Денсаулығы нашарлағандықтан, көп ұзамай ол Лондонға келіп, Исаак Ньютонның ізбасары және Корольдік қоғамның кейде демонстраторы болған Джон Теофилус Дезагулиерге көмектесе бастады. Дезагулиер ғылыми кеңесші ретінде ел және Еуропа бойынша жаңа ғылыми жаңалықтар туралы лекциялар оқыды, сондай-ақ ғылыми қызығушылықтары бар қонақтарға арналған пансион ұстады. Дезагулиер Грейге жалақы төлемеді, бірақ пансиондағылармен ғылыми тақырыптарды талқылау қабілеті үшін оған баспана берді. Дезагулиердің пансионаты Вестминстер көпірін салу үшін бұзылып, Грей кедейлікке ұшырады. 1720 жылы Джон Флэмстид пен сэр Ханс Слоанның (кейін Корольдік қоғамның президенті) күш-жігері арқасында ол елдеріне қызмет еткен мұқтаж ер азаматтарға арналған Чартерхаусқа зейнеткерлікке орналасты. Осы кезеңде ол қайтадан статикалық электрмен тәжірибе жасауға кірісіп, үйкеліс генераторы ретінде шыны түтікшелерді пайдаланды.
Some of Gray's output came to the notice of John Flamsteed, a relative of some Kent friends of Gray and the first English Astronomer Royal, who was building the new Royal Greenwich Observatory. Flamsteed was attempting to construct a detailed and accurate star map of the heavens, in the hope that this would eventually solve the problem of longitude determination for ocean navigators. Gray helped him with many of the observations and calculations (possibly without being paid). Gray worked for a while on the second English observatory, being built at Cambridge, but it was badly managed by Newton's friend and associate, Roger Cotes; the project finally collapsed, leaving Gray with little option but to return to his dyeing trade in Canterbury. Suffering from ill health, before long he was in London assisting John Theophilus Desaguliers, an acolyte of Isaac Newton and occasionally one of the Royal Society's demonstrators. Desaguliers acted as a scientific consultant, giving lectures around the country and on the Continent about new scientific discoveries; he also ran a boarding house for visiting gentlemen with scientific interests. Gray was not paid by Desaguliers but provided with accommodation in exchange for his ability to discuss scientific subjects with the boarders. Desaguliers' boarding house was demolished to make way for Westminster Bridge, and poverty intervened for Gray. In 1720, through the efforts of John Flamsteed and Sir Hans Sloane (later President of the Royal Society) he managed to obtain a pensioned position at the Charterhouse, a home for destitute gentlemen who had served their country, also linked to a boys' school. During this time he began experimenting with static electricity again, using a glass tube as a friction generator.
Сымды өткізгіштің ашылуы
Бір түні Чартерхаус бөлмелерінде ол түтігінің ұшындағы пробканың (ылғал мен шаңның кірмеуі үшін қажет) түтікті үйкегенде қағаздың кішкентай кесекшелері мен қарапайым астыққа тартымды күш түсіретінін байқады. Әдетте пробка электр зарядына ие болмас еді, бірақ климаттық жағдайлар мен материалдардың айырмашылығы пробканың заряд жинауына себеп болды. Ол пробканы шырша таяқшасымен ұзартқанда, заряд таяқшаның ұшында, содан кейін оған бекітілген азу тісінен жасалған тесіктелген шардың үстінде пайда болды. Ол ұзындығы әртүрлі таяқшаларды сынап көрді, соңында майлы қап жібімен байланысқан азу тісінен жасалған шарды қосты. Осы процесте ол "электрлік күштің" тек "статикалық" құбылыс емес (мысалы, тікене салғандай), керісінше, қашықтыққа тасымалданатын сұйық зат екенін анықтады. Азу тісінен жасалған шар электрленген шыны түтік сияқты, жеңіл заттарды тартуын жалғастырды. Келесі бірнеше күнде ол жіп сымының қолданылу аясын кеңейтті (оның тек қысқа сымы болды және металдың өткізгіштік қасиетін түсінбеді) және оның балконынан төменгі аулаға дейін жеткізе алатынын тапты. Ол электр тогының жіптің иілістері арқылы өтетінін және гравитацияға тәуелді емес екенін анықтады. Сонымен қатар ол металл заттарға (мысық, қысқыштар, қазан және т.б.) зарядтарды жібере алды, олар сол кезде статикалық зарядты өндіре алмайтындықтан немесе сақтай алмайтындықтан "электр емес" деп есептелді. Ол сондай-ақ жібектің "күшті" тасымалдамайтынын, ал қалың қап жібі мен сымның тасымалдайтынын анықтады. Содан кейін 1729 жылдың 30 маусымы мен 2 шілдесі аралығында Кентте ол алғашқы электр желісін кеңейтіп, көптеген жаңа жаңалықтар ашты. Корольдік қоғамның мүшесі және Фламстидтің туысы Гранвилл Уилерге барып, екі адам Уилердің Кенттегі Оттерден Плейс имениесіндегі үлкен галереяның бойымен байланған жіп арқылы өткізгіштік эксперименттерін жалғастырды. Осы процесте Грей мен Уилер жіп 'өткізгішін' жермен (үйдің қабырғасы) байланыстан оқшаулаудың маңыздылығын анықтады, оны аспа ретінде жібек қолданып. Олар егер сымды қолдау үшін қолданса, барлық "электрлік күш" жоғалып кететінін байқады. Бастапқыда олар бұл айырмашылықты жібек, жіп және сымның қалыңдығымен байланыстырды, бірақ кейіннен жібектің сымға қарағанда әлдеқайда нашар өткізгіш екенін түсінді, сондықтан олар тек жібекті қолдау үшін (және осылайша оқшаулау үшін) қолданды. Келесі күні олар жіпті үйдің мұнарасынан бақшаға түсіріп, содан кейін оны падок арқылы 800 фут қашықтыққа жұпталған бақша қазықтарымен, жіптің жерге тимеуі үшін қысқа жібек кесектерімен созды. Уилер бұл туралы өзінің көптеген Корольдік қоғам достарына хабарлады, ал Грей Дезагулярға жазған хатында толық мәліметтерді келтірді. Осы тәжірибелерден өткізгіштер мен изоляторлардың (Дезагулярдың қолданған атаулары) рөлін түсіну пайда болды. Екі француз ғалымы, Аббе Ноле және К. Ф. ду Фей, 1732 жылы Грей мен Уилерге барып, экспериментті көріп, Францияға оралды, онда ду Фей "екі сұйықтық" теориясы деп аталатын электрдің алғашқы толыққанды теориясын жасады. Бұл теорияны Ноле қолдады және оны Еуропадағы көптеген экспериментаторлар бір уақыт бойы қабылдады; кейін ол жетілдірілді, содан кейін оны ағылшын экспериментаторлары Джон Бевис пен Уильям Уотсон, Филадельфиядағы Бенджамин Франклин тобымен хат алмасып отырған идеялары алмастырды. Олар бір сұйықтық/екі күй теориясын бірлесіп ойлап тапты: іс жүзінде, бір сұйықтықтың артық болуы немесе жоқтығы, оны Уотсон кейін оң және теріс деп атады. Бұл идеялар екі сұйықтық туралы түсініктен гөрі факттерге сәл жақсы сәйкес келді, әсіресе Лейден банкасының ашылуынан кейін, және бұл бір сұйықтық теориясы ақырында басым болды. Қазір екеуінің де шамалы дәрежеде қате екенін білеміз.
One night, in his Charterhouse rooms, he noticed that the cork at the end of his tube (needed to keep moisture and dust out) generated an attractive force on small pieces of paper and chaff when the tube was rubbed. Normally the cork would not have carried an electrical charge, but climatic conditions and variations in the materials meant that the cork was accumulating charge. When he extended the cork by inserting a small stick of fir, the charge manifested itself at the end of the stick, and then on an ivory ball (perforated with a hole), he had stuck on the end. He tried longer sticks, and finally added a length of an oily hemp pack thread connected to the ivory ball. In the process, he had discovered that the "electric virtue" was not just a 'static' phenomenon (like a local pin prick), but rather a fluid like substance that would carry over distance. The terminating ivory ball would still act to attract light objects in the same way as the electrified glass tube. Over the next few days, he extended the reach of his thread wire (he only had a short piece of wire, and did not understand the significance of metal as a conductor) and found that it would carry from his balcony down into the courtyard below. He discovered that electricity would travel around bends in the thread and that it appeared unaffected by gravity. He was also able to transmit charges to metal objects (poker, tongs, kettle, etc.) which were generally regarded in those days as 'non electrics' because they couldn't generate or hold a static charge. He also discovered that silk would not carry the 'virtue', while the thicker pack thread and wire could. Then between 30 June and 2 July 1729 while in Kent he extended this first electrical network and made many new discoveries. On a visit to the Reverend Granville Wheler, a wealthy friend, member of the Royal Society and Flamsteed's relative, the two men extended the conduction experiments through pack thread laced up and down the length of a large gallery in Wheler's manor house, Otterden Place in Kent. In the process, Gray and Wheler discovered the importance of insulating their thread 'conductor' from earth contact (the wall of the house) by using silk for suspension. They noticed that if a wire was used to support the pack thread, all the 'electrical virtue' leaked away. Initially, they thought the difference was due to the relative thicknesses of the silk, thread and wire, but later they realised that silk itself was much less conducting than the wire—so they used only silk to support (and thereby insulate) the hemp pack thread used as their main conductor. The next day they dropped the thread from the house tower to the garden and then extended it out across a paddock to a distance of 800 feet using paired garden stakes with short spans of silk to keep the pack thread from touching the ground. Wheler reported this to many of his Royal Society friends, and Gray wrote the full details in a letter to Desaguliers. From these experiments came an understanding of the role played by conductors and insulators (names applied by Desaguliers). Two French scientists, Abbe Nollet and C. F. du Fay, visited Gray and Wheler in 1732, saw the experiment, and returned to France where du Fay formulated the first comprehensive theory of electricity called the "two fluid" theory. This theory was championed by Nollet and accepted by most experimenters in Europe for a time; later it was refined and then superseded by the ideas of the English experimenters John Bevis and William Watson, who was in correspondence with Benjamin Franklin's group in Philadelphia. They jointly devised a theory of a single fluid/two state: virtually, the super abundance or absence of one fluid, which Watson later termed positive and negative. These ideas fitted the facts slightly better than the two fluid concept, especially after the invention of the Leyden Jar, and this single fluid theory eventually prevailed. We now know that both were almost equally incorrect.
Электростатикалық индукция
[[File:RGNb10360943.01 Nollet Электрлік жігіт.tif|thumb| Жан Антуан Ноле Стефан Грейдің «электрлік бала» экспериментін қайталайды, онда жібек жіптерге ілінген балаға электр заряды беріледі. Айналасына адамдар жиналған. Әйелге еңкейіп, баланың мұрнына тиіп, электр тогының соққысын сезінуге ұсынылады. Бұл тәжірибе Еуропа бойынша әйгілі «Ұшқан бала» демонстрациясы ретінде кеңінен танымал болды: бала жібек жіптерге ілінеді, содан кейін Грей сүртілген түтігін (статикалық электр генераторын) баланың аяқтарына жақын келтіреді, бірақ тигізбейді. Грей баланың беті мен қолы әлі де ұсақ түйіршіктерді, қағаз және басқа материалдарды тартатынын көрсетті. Грей «электрлік күштің» сыңғырлауы найзағайға ұқсағанын (басқа тәжірибешілер де солай атап өткен) айтты, бұл жарты ғасырдан кейін Бенджамин Франклиннің маңызды жаңалығын болжады.
[[File:RGNb10360943.01 Nollet The Electric Boy. tif|thumb| Jean Antoine Nollet reproducing Stephan Gray's “electric boy” experiment, in which a boy hanging from insulating silk ropes is given an electric charge. A group are gathered around. A woman is encouraged to bend forward and poke the boy's nose, to get an electric shock. This experiment was widely celebrated around Europe as the famous "Flying Boy" demonstration: a boy was suspended on silk cords, and then charged by Gray bringing his rubbed tube (static electric generator) close to the boy's feet, but without touching. Gray showed that the boy's face and hands still attracted the chaff, paper and other materials. Gray noted the crackling of 'electric virtue' resembled lightning (as did other experimenters), foreshadowing the great discoveries of Benjamin Franklin half a century later.
Копли сыйлығы
Ньютон қайтыс болғаннан кейін Слоан Корольдік қоғамды басқарғанда, Грей бұрын берілмеген мойынды кешіктіріп алды. Грей жарна төлеуге шамасы келмегендіктен, Корольдік қоғамның мүшесі бола алмады, ал оның көптеген тәжірибелері қабылданып, Десагульедің демонстрациялық көрсетілімдерінің бір бөлігіне айналды. Грейдің Фламстидпен байланысы болғандықтан (ол Исаак Ньютонмен үнемі дауласып тұрған), Корольдік қоғамдағы Ньютондық топ оны мойындаудан бас тартқан деген әңгіме де бар, бірақ бұл өте күмәнді: Ньютон 1727 жылғы наурызда, Грей өткізгіштік тәжірибелерін бастағанға дейін екі жыл бұрын қайтыс болды, ал Ньютон қайтыс болғаннан кейін Корольдік қоғамды басқарған Ханс Слоан Грейдің досы және қаржылық демеушісі болды. Шындығында, сол кезде электр энергиясы аса маңызды деп есептелмеді, сондай-ақ Қоғамның журналы қаржылық шектеулерге байланысты бірнеше жыл бойы жарияланбады. Слоан Грейді өткізгіштік және оқшаулау жөніндегі жұмысы үшін 1731 жылы Корольдік қоғамның алғашқы Копли медалімен марапаттауға белсенді түрде көмектесті, ал 1732 жылы индукциялық тәжірибелері үшін екінші медальді алды. 1732 жылы Корольдік қоғам оны құрметті мүше ретінде қабылдады; ол бірнеше жылдан кейін, 1736 жылы, мүсірлікте қайтыс болды.
When Sloane took over the Royal Society on Newton's death, Gray belatedly received the recognition denied him previously. Gray was too poor to pay the dues, so he was not a member of the Royal Society, and many of his experiments had been taken up and became part of the demonstration repertoire of Desaguliers. There is also a story that he was denied recognition by the Newton faction within the Royal Society because of his links to Flamsteed (who was constantly in dispute with Isaac Newton), but this can be dismissed as highly unlikely: Newton had died in March 1727, nearly two years before Gray began his conduction experiments, and Hans Sloan, who ran the Royal Society after Newton's death was a friend and financial supporter of Gray. The fact is that electricity was not considered that important at the time, and the Society's magazine was not published for a couple of years due to financial constraints. Sloan took an active part in promoting Gray, who received the Royal Society's first Copley Medal in 1731 for his work on conduction and insulation, and also its second in 1732 for his induction experiments. In 1732 the Royal Society also admitted him as an honorary member; he died destitute a few years later, in 1736.
Өлгеннен кейін
Грейге ескерткіш қойылмаған және оның ғылыми жаңалықтары лайықты бағаланбаған. Ол Лондонның көне зиратында, Чартерхаус үйінен зейнеткерлікке шыққан кедейлерге бөлінген орындағы жалпы қабірге жерленген деп саналады. 2017 жылы Кент университетінің Физикалық ғылымдар мектебі оның құрметіне Стивен Грей лекцияларын ұйымдастырды.
There is no monument to Gray and little recognition of what he achieved in his scientific discoveries. He is believed to be buried in a common grave in an old London cemetery, in an area reserved for pauper pensioners from the Charterhouse. In 2017 the School of Physical Sciences at the University of Kent, in Canterbury, initiated the Stephen Gray Lectures in his memory.