הנרי קוונדיש

הנרי קוונדיש
Henry Cavendish

לידה	10 באוקטובר 1731
פטירה	24 בפברואר 1810 (בגיל 78)
ענף מדעי	כימיה, פיזיקה
מקום מגורים	הממלכה המאוחדת
תרומות עיקריות
גילוי המימן, מדידת צפיפות כדור הארץ

הנרי קוונדיש (באנגלית: Henry Cavendish;‏ 10 באוקטובר 1731 - 24 בפברואר 1810), עמית בחברה המלכותית, היה מדען וכימאי בריטי המפורסם בעיקר כמגלה המימן (או "האוויר הדליק", כפי שקרא לו). הוא ידוע גם בשל ניסוי קוונדיש, ניסוי בו מדד את מסת וצפיפות כדור הארץ, ובשל מחקרו המוקדם בתחום החשמל. קוונדיש ירש הון רב אשר אפשר לו להשקיע בעבודתו המדעית, שרובה לא פורסם בימי חייו.

חייו

הנרי קוונדיש נולד ב-10 באוקטובר בשנת 1731 בניס שבצרפת, היכן שמשפחתו התגוררה באותו זמן. אמו הייתה ליידי אן גריי, בתו של הנרי גריי, הדוכס הראשון של קנט, ואביו היה לורד צ'ארלס קוונדיש, בנו של ויליאם קוונדיש, הדוכס השני של דבונשייר. שושלת היוחסין של המשפחה נמשכת שמונה מאות שנים אחורה, אל התקופה הנורמנית, וקשורה במשפחות אצולה רבות בבריטניה הגדולה.

כשהיה בן 11, למד קוונדיש בבית הספר של פיטר ניוקום בהאקני. בגיל 18 (ב-24 בנובמבר 1749) התחיל את לימודיו באוניברסיטת קיימברידג' בקולג' סנט פיטר, הידוע כיום כפיטרהאוס, אך עזב ארבע שנים לאחר מכן, ב-23 בפברואר 1753 מבלי לסיים אף תואר. מאמרו הראשון "על אוויר מלאכותי" הופיע 13 שנים אחר כך, בשנת 1766.

קוונדיש היה אדם שקט ומתבודד ונחשב אף כמוזר במקצת. הוא כמעט שלא קשר קשרים חברתיים מחוץ למשפחתו, ונמנע מקשר כלשהו עם נשים. כך למשל, נהג להעביר הוראות בפתקים למשרתות ביתו, על מנת שלא לפגוש אותן פנים אל פנים. מאותה סיבה נהג להיכנס לביתו דרך כניסה צדדית. כיום מציעים מספר חוקרים, ביניהם אוליבר סאקס, כי אופיו זה נגרם בשל תסמונת אספרגר, אם כי בהחלט ייתכן כי קוונדיש פשוט היה ביישן ביותר. המעגל החברתי היחיד שלו היה מועדון החברה המלכותית, שחבריו סעדו יחד לפני פגישות שבועיות. קוונדיש החמיץ פגישות אלה לעיתים רחוקות, וזכה לכבוד רב מחבריו. בכל אופן, בשל ביישנותו "אלו שבאו לבקש את דעתו מצאו את עצמם פעמים רבות מדברים כמו לקיר. אם הערותיהם היו ראויות, היו אולי מקבלים תשובה ממולמלת, אך לעיתים קרובות יותר היו שומעים ציוץ נרגז (קולו של קוונדיש היה גבוה ודק ככל הנראה) ומסתובבים לראות שהם באמת מדברים לקיר ואת קוונדיש נמלט לפינה בטוחה יותר". בנוסף, הנרי קוונדיש נהנה לאסוף רהיטים.

בגלל אופיו הלא-חברותי והמסתורי, נמנע קוונדיש בדרך כלל מפרסום עבודתו ורבות מתגליותיו לא היו ידועות אפילו לידידיו המדענים. בסוף המאה התשע-עשרה, הרבה אחרי מותו, עבר ג'יימס קלרק מקסוול על ניירותיו של קוונדיש ומצא תגליות ורעיונות עליהם קיבלו אנשים אחרים קרדיט. דוגמאות לתגליות ורעיונות שגילה קוונדיש: חוק אוהם, חוק הגדלים ההדדיים של ריכטר, חוק הלחצים החלקיים של דלטון, עקרונות של מוליכות חשמלית (כולל חוק קולון) וחוק הגז של שארל.

כתב היד "חום" (Heat), שכתב ככל הנראה בין השנים 1783 ו-1790, מתאר "תאוריה מכנית של החום". בלתי ידוע עד אז, כתב היד נבחן לראשונה בשנות המאה ה-21 המוקדמות. היסטוריון המדע ראסל מק'קורמאק העיר שייתכן ו"חום" הוא כתב היד היחיד מהמאה השמונה-עשרה שהקדים לעסוק בתרמודינמיקה. הפיזיקאי התאורטי דיטריך בליץ סיכם כי בעבודה זו קוונדיש "הבין את טבע החום בצורה נכונה ביסודה".

קוונדיש מת בשנת 1810 בגיל 78 בתור אחד האנשים העשירים ביותר בבריטניה ונקבר, יחד עם רבים מאבותיו, בכנסייה הידועה כיום כקתדרלת דרבי. הדרך בה התגורר בדרבי נקראה על שמו. מעבדת קוונדיש שבאוניברסיטת קיימברידג' נתרמה על ידי אחד מקרוביו המאוחרים של הנרי קוונדיש, ויליאם קוונדיש, הדוכס השביעי של דבונשייר, רקטור האוניברסיטה בין השנים 1861-1891.

גזים ואטמוספירה

תהליך הפקה ואיסוף המימן

קוונדיש נחשב לאחד ה"כימאים הפנאומטיים" של המאות השמונה-עשרה והתשע-עשרה, יחד עם ג'וזף פריסטלי, ג'וזף בלק, דניאל רת'רפורד ואחרים. על ידי שילוב מתכות עם חומצות חזקות, הפיק קוונדיש גז מימן (H₂), אותו בודד וחקר. למרות העובדה שאחרים, כמו רוברט בויל, הפיקו גז מימן עוד לפניו, בדרך כלל מייחסים את גילוי טבעו הבסיסי של המימן לקוונדיש.

קוונדיש הבחין שמימן, או כפי שקרא לו- "אוויר דליק", מגיב עם חמצן ויחד הם יוצרים מים. ג'יימס וואט ואנטואן לבואזיה הבחינו בכך אף הם, מה שגרם למחלוקת למי לייחס את התגלית. בכל אופן, קוונדיש התנגד לתאוריה של לבואזיה לגבי תרכובות כימיות וניסה להסביר את הניסוי שלו במונחים של פלוגיסטון.

קוונדיש גם קבע במדויק את הרכב האטמוספירה של כדור הארץ. במאמר שכתב בשנת 1785, תיאר ניסויים בהם מימן ואוויר רגיל משתלבים ביחסים ידועים ואז מתפוצצים עם ניצוץ חשמלי. בכל אחד מהמקרים הבחין קוונדיש בהיווצרות של מים ובכך שנפח הגז לאחר הפיצוץ תמיד היה קטן יותר מנפחו לפני הפיצוץ. על ידי מדידות זהירות הוא הגיע למסקנה שאוויר רגיל מורכב מ-20% חמצן ו-80% חנקן.

באותו מאמר תיאר קוונדיש ניסוי בו הצליח "להסיר" את גז החמצן ואת גז החנקן ממדגם של אוויר אטמוספירי עד שנותרה רק בועה קטנה של גז אחר במדגם המקורי. מניסוי זה הסיק קוונדיש שלא יותר מ-1/120 מאטמוספירת כדור הארץ שונה מחמצן או מחנקן. כמאה שנים לאחר מכן הראו ויליאם רמזי ולורד ריילי ששארית הגז הזו כוללת ארגון, יסוד שלא היה ידוע באותו זמן.

צפיפות כדור הארץ

בנוסף להישגיו בתחום הכימיה, קוונדיש ידוע גם בשל ניסוי קוונדיש, הניסוי הראשון למדוד את כוח הכבידה בין מסות במעבדה והראשון לתת ערך מדויק לצפיפות כדור הארץ. עבודתו של קוונדיש הובילה אחרים למציאת ערכים מדויקים עבור קבוע הכבידה (G) ומסת כדור הארץ. בהתבסס על תוצאות הניסוי ניתן לחשב שקבוע הכבידה G הוא $6.754\times 10^{-11}{\tfrac {Nm^{2}}{kg^{2}}}$, מה שמתיישב יפה עם ערך G הידוע בימינו $6.67384\times 10^{-11}{\tfrac {Nm^{2}}{kg^{2}}}$.

הציוד ששימש את קוונדיש בניסוי עוצב ונבנה על ידי הגאולוג ג'ון מישל שמת בטרם הספיק לבצע את הניסוי. המתקן נשלח בארגזים לקוונדיש, אשר השלים את הניסוי ב-1798-1797 ופרסם את התוצאות. הנרי קוונדיש הבחין שמתקנו של מישל יהיה רגיש לשינויים בטמפרטורה ולזרמי אוויר, וכדי למנוע זאת הוא הניח את המתקן בחדר אטום עם בקרה חיצונית וטלסקופ.

המתקן הניסיוני הורכב ממאזני פיתול למדידת המשיכה הכבידתית בין שני כדורי עופרת של כ-159 ק"ג ושני כדורי עופרת של כ-730 גרם. בעזרת ציוד זה מצא קוונדיש שצפיפותו הממוצעת של כדור הארץ גדולה פי 5.48 מצפיפות המים. לאחר מכן גילה ג'ון הנרי פוינטינג שהנתונים היו אמורים להוביל לערך 5.448, ובאמת זהו הערך הממוצע של 29 המדידות שכלל קוונדיש במאמר שכתב.

ספרים בדרך-כלל מתארים את עבודתו של קוונדיש כמדידת קבוע הכבידה G או מסת כדור הארץ. היות ששני אלה קשורים בצפיפות כדור הארץ על ידי רשת טריוויאלית של קשרים אלגבריים, זו אינה טעות, אך כוונתו של קוונדיש הייתה כאמור למצוא את צפיפות כדור הארץ. הפעם הראשונה שקבוע הכבידה קיבל את שמו הייתה בשנת 1873, כמעט 100 שנים אחרי ניסוי קוונדיש, אך הקבוע היה בשימוש מאז זמנו של ניוטון.

חשמל

קוונדיש כתב מאמרים על נושאים בחשמל עבור החברה המלכותית, אך חלק הארי של עבודתו בתחום החשמל לא היה ידוע עד כמאה שנים אחר כך, בשנת 1879, כאשר ג'יימס קלרק מקסוול אסף ופרסם אותו, הרבה אחרי שמדענים אחרים כבר קיבלו קרדיט על אותן תגליות. לפי המהדורה האחת-עשרה של אנציקלופדיה בריטניקה, בין תגליותיו של קוונדיש כלולים:

• רעיון הפוטנציאל החשמלי, שקוונדיש קרא לו "מידת החשמול".
• יחידה מוקדמת של קיבול, זו של כדורים בקוטר אינץ'.
• נוסחת הקיבול של לוחות קבל.
• רעיון הקבוע הדיאלקטרי של חומר.
• הקשר בין הפוטנציאל החשמלי והזרם, הידוע כיום כחוק אום.
• חוקים לחלוקת הזרם בחיבור מקבילי במעגלים, המיוחסים כיום לצ'ארלס ויטסטון.
• חוק קולון.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא הנרי קוונדיש בוויקישיתוף

• הנרי קוונדיש, באתר מוזיאון המדע בירושלים
• ליעד עיני, פורץ הדרך שנחבא אל הכלים, במדור "היום לפני במדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 24 בפברואר 2017