Электрическая Вселенная. Невероятная, но подлинная история электричества

Боданис Дэвид

Уатт установил, что лошадь способна без особых перебоев тянуть за собой груз весом в 500 фунтов (226,5 кг), и выдвинул идею «лошадиной силы» — мощности, которую средняя лошадь способна развивать в течение долгого рабочего дня. Если он сможет предложить владельцам шахт паровую машину, которая будет стоить меньше, чем лошадь и ее пропитание* причем мощность ее будет больше одной лошадиной силы, у него появятся хорошие шансы продать такую машину. С распространением метрической системы мер изначальный термин был заменен, и весьма справедливо, на «ватт». Лошади — животные сильные, поэтому ватт был определен как малая — примерно ¹/ ₇₅₀– я — часть одной лошадиной силы. Сегодняшние

диджеи не используют тягловых лошадей для того, чтобы прокручивать музыкальные записи или усиливать звук, однако, когда они говорят, что собираются задействовать акустическую систему мощностью в 750 Вт, речь идет, в сущности, о том, что для их оборудования требуется мощность, которую способна предоставить им одна-единственная лошадь. Ватт — это просто мера мощности, которую обеспечивают толкатели-вольты и торопыги-амперы.

Во времена потомка мистера Уатта, Роберта Уотсона Уатта, возможность создания британской системы оборонных радаров зависела от возможности подсчитать, каким образом ее допускающая точное измерение мощность будет распространяться в воздухе. Небо наполнено электрическими зарядами, однако они так крепко связаны в молекулах воздуха, что даже сильная радиоволна оторвать один от другого не может. Лишь намного более мощные, формируемые грозовыми тучами силовые поля способны создавать из них блистающую молнию. Но, возможно, слабой радиоволны будет все же достаточно для того, чтобы увлечь за собой хотя бы некоторые из электронов, которыми пропитан металл самолета?

Именно такие подсчеты и предстояло проделать в Слау 1935 года Арнольду Уилкинсу, используя при этом идеи мистера Уатта — и ясное определение ватта, полученное благодаря ясному же определению лошадиной силы, — то есть установить, что мощности, посылаемой в небо, будет довольно для того, чтобы заставить электроны посылать обратно на землю различимый ответный сигнал. Мощность, измеряемая в ваттах, отправится в небо, вокруг самолета возникнет поле толкающей силы, измеряемой в вольтах, а в металлическом крыле самолета — поток электронов, измеряемый в амперах, — достаточно сильный, как показал Уилкинс, чтобы создать ответный сигнал, который позволит работать британским оборонным радарам.

Примечания

Вступление

С. 16 …тщеславным, что и пошло на пользу делу.~ Алессандро Вольта.

Открытие Вольта не свалилось на него с неба — он проработал над созданием устройств, способных передавать или измерять статическое электричество, более четверти века. Однако когда Луиджи Гальвани — всего-навсего анатом — обнаружил то, что представлялось источником движущегося электричества, полуаристократ Вольта испугался и повел исследования ускоренными темпами.

В своей ключевой статье, сообщавшей о создании батареи и направленной в Королевское общество, Вольта был на удивление сдержан, между тем в книге М. Пера (Marcello Pera), «The Ambiguous Frog: The Galvani-Volta Controversy on Animal Electricity» [3] (Princeton: 1992) можно прочитать о подлинной истории поношений, кои он обрушивал на своих соперников и в особенности на несчастного Гальвани (давшего почти целиком неверное объяснение биметаллического эффекта). Указанные в относящемся к данной главе разделе руководства для дальнейшего чтения тексты Фара и Хейлброна дают картину более широкую.

3

«Двусмысленная лягушка. Спор Гальвани и Вольта о животном электричестве» (англ.).

С. 16 …в языке возникнет

ощущение покалывания.

Атомы двух разных металлов создают на их поверхностях различные конфигурации электрической силы, впрочем, одно лишь это не могло бы заставить ток протекать по языку Вольта. Между тем слюна — это по преимуществу соленая вода, способная вступать в реакцию с цинком, отрывая от него микроскопические фрагменты. Эти фрагменты обладают положительным зарядом. так что остававшийся во рту Вольта цинковый диск приобретал избыток отрицательно заряженных электронов.

Теперь, когда на цинке скапливались дополнительные электроны, вступал в действие «нажим» потенциалов, различных у двух разных металлов. Серная кислота реагирует с металлом, поставляя электроны в ожидающие их приемные пункты еще активнее, отчего ее в позднейших батареях и использовали.

Отметьте важнейшую роль жидкости. Давление, или «живая сила», действующая между двумя металлами — теперь мы называем это напряжением. — зависит от природы используемых металлов. Именно поэтому батарейки дают стандартное напряжение, к примеру, в 15 В, и именно поэтому самому Вольта участь человека, посаженного на электрический стул, не грозила — его диски величиной с монету попросту не могли генерировать высокое напряжение. Однако энергия,необходимая для того, чтобы отрывать атомы цинка и заставлять электроны перебегать из одного металла в другой, — откуда берется она? Ее поставляет жидкость, с шипением омывающая металлы, — вот почему Вольта ощущал покалывание все то время, когда он продолжал держать свои «монеты» во рту.

Как это ни удивительно, но наша цивилизация не первой начала использовать батареи. В 1930-х в Иране обнаружили странные, заржавевшие, похожие на урны устройства, которые почти наверняка были электрическими батареями. Они датируются третьим веком н. э. В середине такой урны расположен железный стержень, надежно изолированный от окружающей его медной оболочки. Когда ученые двадцатого века соорудили точно такую же и налили в нее уксус, способный извлекать из меди дополнительные заряды, оказалось, что урна дает постоянное напряжение величиной в I В. Однако использовалось ли это устройство для нанесения металлических покрытий на ювелирные украшения или же в пугающих, сопровождавшихся дождем искр обрядах жрецов, археологи сказать не могут.

С. 16 …первую в мире исправно работавшую» батарею»…

Это наименование поначалу использовалось для групп покрытых металлом стеклянных сосудов, именовавшихся «лейденскими банками» и способными накапливать статические электрические заряды. (Группировки идентичных объектов часто называют «батареей» — к примеру, в артиллерии.) Однако лейденские банки могут давать лишь единичный разряд. То, что соорудил Вольта, превосходило их, поскольку порождало постоянный ток.

Единичная пара металлов дает лишь малое количество обнаруженной Вольта толкающей силы, однако подсоединение к ней второй пары эту силу удваивает, а третьей — утраивает. На схеме, которую Вольта приложил к направленной в Королевское общество статье, изображены десятки соединенных проводами металлических пар — примерно так же устроены современные слоистые автомобильные аккумуляторы. В книге Панкалди (Giuliano Pancaldi), «Volta: Science and Culture in the Age of Enlightenment» [4] (Princeton, NJ: Princeton University Press, 2003) показано, как слово «батарея» постепенно вытесняло такие соперничавшие с ним наименования, как «лоток’* или «элемент» (последнее сохранилось в нашем «топливном элементе»).

4

«Вольта. Наука и культура в век Просвещения» (англ.).