Рассказы об электричестве
Шрифт:
При этом молнии бывают не только в грозовых облаках. Вулканологи, изучающие извержения, много раз отмечали молнии в облаках вулканического пепла. А несколько лет назад мир был взволнован сообщениями о катастрофических взрывах на японских супертанкерах. Самое необычное заключалось в том, что случались они, как правило, во время промывки их колоссальных танков сильной струей воды… Одним из объяснений является предположение, что при промывке возникали облака из электрически заряженных нефте-водяных капель. Создавалось электрическое поле с высокой напряженностью и благоприятные условия для образования электрического разряда…
В свое время (с тех пор, к сожалению, прошло уже довольно много лет) я, окончив авиационное училище, летал штурманом на тяжелых военных машинах. До сей поры помню инструкцию для полетов
Главным в инструкции «по грозе» была настоятельная рекомендация: «Встретил на пути грозовой фронт — обойди его».
Сейчас проще. Современному воздушному лайнеру гроза не помеха. Во-первых, высота его полета значительно больше, чем у самолетов с винтомоторными двигателями, во-вторых, скорости, и вообще… Для того и развивается техника, чтобы становиться более надежной, меньше зависеть от природных явлений. Мой отец летал на самых первых самолетах, когда летчик сидел на сиденье, напоминающем велосипедное седло, и имел круговой обзор и «обдув». В дождь не летали, в сильный ветер — тоже. Я начинал свою летную практику на самолете с кабиной, закрытой «колпаком» из оргстекла. В штормовую погоду, при ураганном ветре, конечно, полетов не было, но вообще-то от погоды мы уже зависели мало. Вот если гроза!.. Когда моя дочь собирается в аэропорт, ее тоже еще волнует вопрос: «Вылетим — не вылетим?» Но чаще это уже не связано с погодными условиями. А вот на чем доведется летать моему внуку Николке? Ему пять лет, но аэробус ИЛ-86 для него — такой же, в принципе, транспорт, как трамвай или метро.
Как быстро движется научно-технический прогресс! В течение жизни одного, двух, трех поколений представления о мире меняются коренным образом, а возможности человеческие возрастают неизмеримо…
Сила, которая движет мирами
Если еще в XVII веке большинство наблюдаемых на Земле явлений природы пытались объяснить воздушным давлением, то сто лет спустя его место заняло электричество.
Действию электричества пытались приписать, например, землетрясения. «Разве не могут пустоты и полости внутри земли, заполненные водой, играть роль усилительных лейденских банок?» — спрашивали сторонники этой гипотезы и развивали свою мысль дальше.
«Землетрясения происходят при выравнивании электричества между земной корой и атмосферой!» — утверждали другие. Третьи видели в электричестве причины испарения воды и выпадения дождя. Одна за другой возникло несколько теорий электричества, построенных на основе механических представлений.
Надо сказать, что до Франклина представления большинства исследователей о природе электричества были чрезвычайно смутными.
Электрическое притяжение сначала пытались объяснять теорией истечений. Потом вездесущий аббат Нолле «изобрел новую теорию одновременного оттока и притока электрической материи», которая не в состоянии была объяснить ни разницы в двух видах «смоляного» и «стеклянного» электричества, ни работы электрической машины и лейденской банки. Англичанин Вильям Ватсон, обнаружив опытным путем, что кожаную подушку, натирающую стеклянный диск электрической машины, следует заземлять, заявил, что электричество рождается вовсе не от трения, а получается из земли, переходя с помощью натирающей поверхности на натираемое тело. И здесь оно скапливается.
И наконец, Франклин предположил, что «в природе существует особая „электрическая субстанция“», отличная от обыкновенной материи в том отношении, что частицы последней взаимно притягиваются, а частицы первой взаимно отталкиваются друг от друга. При этом он полагал, что эта субстанция состоит «из чрезвычайно малых частиц, так как они способны проникать в обыкновенную материю, даже в самые плотные металлы, с большой легкостью и свободой, как бы не встречая при этом сколько-нибудь заметного сопротивления».
При этом распределяется электричество только по поверхности тела, как растекающаяся жидкость, образуя в окружающем пространстве «электрическую атмосферу».
Против взглядов Франклина выступил аббат Нолле и многие его сторонники. Французам не нравилось появление в теории американца сил притяжения и отталкивания. Это придавало теории ньютонианский характер. В 1750 году Франция воевала с англичанами в Индии, и все английское было на континенте малопопулярным. Французские исследователи предпочитали видеть сущность электричества не в процессах, которые зарождаются и происходят в самих телах, а в том, что делается в окружающем эти тела пространстве.
Неожиданную поддержку теория Франклина получила в работе Франца Ульриха Теодора Эпинуса, доктора медицины — берлинского профессора астрономии, перебравшегося в Санкт-Петербургскую академию наук на должность профессора физики.
В Берлине вместе со своим учеником Иоганном Вильке Эпинус предпринял исследование турмалина, открыв его электрические свойства. История любопытная, и о ней, пожалуй, стоит упомянуть.
В начале XVIII века в брошюре с забавным названием «Курьезные спекуляции (или умозрения) любителя, который охотно всегда размышляет в бессонные ночи» появилось сообщение о том, что голландцы привезли с острова Цейлон (ныне государство Шри Ланка) удивительный камень турмалин. Будучи нагрет, он притягивал и отталкивал частички золы.
Сначала силу притяжения турмалина считали магнитной. Однако после целой серии опытов Эпинусу и Вильке удалось доказать, что это явление имеет явно электрическую природу. При неравномерном нагреве минерала на его противоположных сторонах возникали разноименные электрические заряды.
Так было открыто пироэлектричество, появление электрических зарядов на поверхности диэлектриков при их нагревании. По сути дела, еще одно новое проявление электрических сил, показывающее их глубокую связь с теплотой. Впоследствии многие ученые пытались создать строгую теорию пироэлектричества. Но и по сей день окончательное слово в этой отрасли знания еще не сказано.
В 1756 году в Петербурге вышел трактат Эпинуса «Опыт теории электричества и магнетизма». Во введении автор рассказывает, как открытый им пироэлектрический эффект в турмалине натолкнул его на мысль о глубоком сходстве электрических и магнитных явлений. Ведь до этого только магнит имел всегда два полюса, а теперь и нагретый турмалин оказался обладателем дипольного эффекта. Вот только почему? В чем причина обнаруженного явления? Однако Эпинус отказывается даже от обсуждения природы сил притяжения и отталкивания. При этом он ссылается на Ньютона, который также не занимался, по его мнению, выяснением причин всемирного тяготения. Правда, при этом автор трактата, чтобы избежать обвинений в эпигонстве, подчеркивает: «Я отнюдь не считаю их, как поступают некоторые неосторожные последователи великого Ньютона, силами внутренне присущими телам, и я не одобряю учение, которое постулирует действие на расстоянии. Действительно, я считаю несомненной аксиомой предположение, по которому тело не может производить никакого действия там, где его нет». Значит, силы притяжения и отталкивания, действующие на расстоянии, в его работе — лишь условное допущение. По мысли Эпинуса, это универсальное свойство электрических зарядов, точно так же как всемирное тяготение, — универсальное свойство масс в механике Ньютона. А за субстанцию, обладающую свойствами электрического притяжения и отталкивания, Эпинус принимает некую единую электрическую жидкость, предложенную Франклином в своей теории.