История свечи. Гореть, чтобы жить

Фарадей Майкл

И тут-то нам пригодится умение делать выводы из опыта. Предположим, что вместо азота или смеси азота с кислородом, наша атмосфера состояла бы из чистого кислорода, что бы с нами сталось? Вы прекрасно знаете, что кусок железа, зажженный в банке с кислородом, сгорает дотла. При виде топящегося камина вообразите, что сталось бы с его решеткой, если бы вся атмосфера состояла из одного только кислорода: чугунная решетка стала бы гореть куда сильнее, чем каменный уголь, которым мы топим камин. Огонь в топке паровоза это было бы все равно, что огонь на складе горючего, если бы атмосфера состояла из кислорода.

Азот разбавляет кислород, умеряет его действие и делает его полезным для нас. К тому же азот уносит с собой весь тот чад и газы, которые, как вы видели, возникают при горении свечи, рассеивает их по всей атмосфере

и переносит их туда, где они оказываются нужны для поддержания жизни растений, а тем самым и человека. Таким образом, азот выполняет в высшей степени важную работу, хотя вы, ознакомившись с ним, говорите: «Ну, это совсем никчемная штука».

В своем обычном состоянии азот представляет собой неактивный элемент: никакое воздействие, кроме сильнейшего электрического разряда, да и то только в очень слабой степени, не может заставить азот непосредственно вступить в соединение с другим элементом атмосферы или с иными окружающими веществами. Это вещество совершенно индифферентное, т. е., иначе говоря, безразличное, а тем самым и безопасное.

Но прежде чем подвести вас к этому выводу, я должен сперва кое-что рассказать вам о самой атмосфере. Вот таблица, показывающая процентный состав атмосферного воздуха:

Она правильно отражает относительные количества кислорода и азота в атмосфере. Отсюда мы видим, что в пяти пинтах воздуха содержится всего одна пинта кислорода на четыре пинты азота; иначе говоря, по объему азот составляет ⁴/₅ атмосферного воздуха. Все это количество азота уходит на то, чтобы разбавить кислород и смягчить его действие; в результате и свеча надлежащим образом снабжается горючим и наши легкие могут дышать воздухом без вреда для здоровья. Ведь для нас не менее важно получать кислород для дыхания в надлежащем виде, чем иметь соответствующий состав атмосферы для горения угля в камине или свечи.

Теперь я сообщу вам массы этих газов. Пинта азота имеет массу 10⁴/₁₀ грана, а кубический фут 1^1/₆ унции. Такова масса азота. Кислород тяжелее: пинта его имеет массу 11⁹/₁₀ грана, а кубический фут 1¹/₅ унции.

Весы с медной наполненной воздухом бутылкой, снабженной краном

Вы уже несколько раз задавали мне вопрос: «Как определяют массу газов?», и я очень рад, что этот вопрос вас заинтересовал. Сейчас я вам покажу, это дело очень простое и легкое. Вот весы, а вот медная бутылка, аккуратно выточенная на токарном станке и при всей своей прочности имеющая наименьшую возможную массу. Она совершенно непроницаема для воздуха и снабжена краном. Сейчас кран открыт, и поэтому бутылка наполнена воздухом. Весы эти очень точные, и бутылка в ее теперешнем состоянии уравновешена на них гирями на другой чашке. А вот и насос, при помощи которого мы можем нагнетать воздух в эту бутылку. Сейчас мы накачаем в нее известное количество воздуха, объем которого будет измеряться емкостью насоса. (Накачивается двадцать таких объемов.) Теперь мы закроем кран и положим бутылку обратно на весы. Смотрите, как чашка весов опустилась: бутылка стала гораздо тяжелее, чем прежде. Емкость бутылки у нас не изменилась, значит, воздух в том же объеме стал тяжелее. Благодаря чему? Благодаря тому воздуху, который мы в нее накачали насосом вдобавок к имевшемуся воздуху.

Сейчас мы выпустим воздух вот в ту банку и предоставим ему возможность вернуться в прежнее состояние. Все, что мне для этого нужно сделать, сводится к тому, чтобы плотно соединить медную бутылку с банкой и открыть краны, и вот вы видите, у нас тут собран весь тот объем воздуха, который я только что накачал в бутылку двадцатью взмахами насоса. Чтобы удостовериться,

что у нас по ходу этого опыта не произошло никакой ошибки, мы опять положим бутылку на весы. Если она теперь снова окажется уравновешена первоначальной нагрузкой, мы сможем быть совершенно уверены, что мы правильно проделали опыт. Да, она уравновесилась. Вот таким образом мы и можем узнать массу тех добавочных порций воздуха, которые мы в нее накачивали. Так можно установить, что кубический фут воздуха имеет массу 1¹/₅ унции.

Но этот скромный опыт никак не сможет довести до вашего сознания всю сущность полученного результата. Поразительно, насколько цифры возрастают, когда мы переходим к более крупным объемам. Вот такое количество воздуха (кубический фут) имеет массу 1¹/₅ унции. А как вы думаете, какова масса воздуха вон в том ящике наверху (я его специально заказывал для этих расчетов)? Воздух в нем имеет массу целый фунт. Массу воздуха в этом зале я вычислил, но эту цифру вы вряд ли угадали бы: это больше тонны. Вот как быстро возрастают массы, и вот как важно присутствие атмосферы и содержащихся в ней кислорода и азота, а также работа, которую она производит, перемещая предметы с места на место и унося вредные испарения.

Воздух выпускается из бутылки, после чего она снова кладется на весы: так можно узнать массу тех добавочных порций воздуха, которые были в нее накачены

Дав вам эти несколько примеров, относящихся к весомости воздуха, я перейду теперь к показу некоторых следствий из этого факта. Вам обязательно надо с ними познакомиться, иначе вам многое останется неясным. Помните ли вы такой опыт? Случалось ли вам когда-нибудь его видеть? Для него берется насос, несколько похожий на тот, которым я только что накачивал воздух в медную бутылку.

Его нужно расположить так, чтобы я мог наложить ладонь на его отверстие. В воздухе моя рука передвигается так легко, как будто она не чувствует никакого сопротивления. Как бы я ни двигался, мне почти не удается добиться такой скорости, чтобы я ощутил большое сопротивление воздуха этому движений. Но когда я кладу руку сюда (на цилиндр воздушного насоса, из которого затем выкачивается воздух), вы видите, что происходит. Почему моя ладонь пристала к этому месту так плотно, что за ней передвигается и весь насос? Смотрите! Почему мне еле-еле удается освободить руку? В чем дело? Дело в весе воздуха того воздуха, который надо мной.

Насос, расположенный так, чтобы наложить ладонь на его отверстие. В воздухе рука передвигается так легко, как будто она не чувствует никакого сопротивления

А вот и другой опыт, который, я думаю, поможет вам еще лучше разобраться в этом вопросе. Верх этой банки затянут бычьим пузырем, и когда из нее будет выкачиваться воздух, вы увидите в несколько измененном виде тот же эффект, что и в предыдущем опыте. Сейчас верх совершенно плоский, но стоит мне сделать хотя бы очень слабое движение насосом, и поглядите, как пузырь опустился, как он прогнулся внутрь. Вы сейчас увидите, как пузырь будет втягиваться все больше и больше внутрь банки, пока, наконец, он не будет окончательно вдавлен и прорван силой давящей на него атмосферы. (Пузырь лопнул с громким хлопком.) Так вот, это произошло всецело от силы, с которой воздух давил на пузырь, и вам нетрудно будет понять, как тут обстоит дело.

Посмотрите на этот столбик из пяти кубиков: таким же образом расположены друг над другом и частицы, нагроможденные в атмосфере. Вам вполне понятно, что четыре верхних кубика покоятся на пятом, нижнем, и что если я его выну, все остальные опустятся. Так же обстоит дело и в атмосфере: верхние слои воздуха поддерживаются нижними, а когда из-под них выкачивается воздух, происходят изменения, которые вы наблюдали, когда моя ладонь лежала на цилиндре насоса и в опыте с бычьим пузырем, а сейчас увидите еще лучше.