Рассказы об электричестве
Шрифт:
Интересны представления о шаровой молнии, развитые советским физиком Я. И. Френкелем в 1940 году.
«Яков Ильич Френкель был человеком, которого просто оскорбляло существование непонятных физических явлений… — пишут И. Имянитов и Д. Тихий в книге „За гранью законов науки“, посвященной шаровой молнии. — Широко эрудированный физик, он обладал удивительной способностью сопоставлять весьма отдаленные области знания и в то же время легко отвлекаться от досадных мелочей, часто заслоняющих основные черты явления».
Он считал шаровую молнию вихрем из смеси твердых частиц дыма и пыли с химически активными газообразными продуктами, которые образуются в результате удара обычной молнии. Такой вихрь из раскаленных частиц ярко светится. А циркуляция ионов в нем приводит к возникновению сильного магнитного поля, которое стягивает весь клубок в шар и способствует сохранению его формы.
И действительно, многочисленные наблюдатели отмечают «любовь» шаровых молний к печным трубам и дымоходам. Есть даже свидетельства появления огненных шаров зимой, во время метелей и снегопадов. Не значит ли это, что для существования шаровой молнии необходимы твердые частицы дыма и сажи, пыли и снежинок?..
После взрыва — разряда шаровой молнии в воздухе остается дымок с острым запахом.
По расчетам Я. И. Френкеля, энергоемкость шаровой молнии как максимум — 0,03 кВт·ч.
Нет, похоже, что теория, основывающаяся на энергии горения газов, для объяснения природы шаровой молнии не годится. Придется вернуться к гипотезе чисто электрической природы этого явления. И такое предположение рассматривалось учеными. В 1960 году появилась статья Е. Хилла, в которой он сравнивал шаровую молнию с миниатюрным грозовым облаком, электрические заряды в котором разделены ударом обычной линейной молнии. В небольшом объеме собираются сгустки электрических зарядов различных знаков. Представим себе, шаровую молнию, состоящую, как матрешка, из вложенных друг в друга разноименно заряженных слоев. У нас получится сферический многослойный конденсатор, энергоемкость которого оказывается очень незначительной, в тысячу раз меньше рассчитанной Френкелем.
Между тем по причиненным разрушениям взрыв шаровой молнии приравнивается к взрыву «от сотен граммов до 20 кг тринитротолуола (тола)». Это весьма солидный заряд взрывчатки. Понятно, что такие свойства шаровой молнии не могли не привлечь к ней внимания тех, кто занят разработкой нового оружия. И в декабре 1960 года в американском журнале «Радио. Электроника» появилась сенсационная статья:
«Шаровая молния против ракет.
Шаровая молния, т. е. сгустки плазмы — вещества, находящегося в сильно наэлектризованном состоянии, в котором электронные оболочки атомов сильно разрушаются, может быть использована, по мнению американских физиков, для борьбы против ракет…»
Дальше шло популярное объяснение оригинальной гипотезы выдающегося советского физика П. Л. Капицы, выдвинутой им в 1955 году. Он писал: «Если в природе не существует источников энергии, еще нам не известных, то на основании закона сохранения энергии приходится принять, что во время свечения шаровой молнии непрерывно подводится энергия, и мы вынуждены искать этот источник энергии вне объема шаровой молнии».
Однако, поскольку здесь дело касается плазменного состояния вещества, будет, наверное, правильнее досказать историю искусственной шаровой молнии в третьей части книги, после того как читатель познакомится с плазмой поближе. Так я и поступлю. А те, кому не терпится, могут заглянуть сами в третью часть. Поскольку нашу книгу совсем не обязательно читать последовательно, страницу за страницей…
Глава десятая. Электрический «конфликт» Ханса Эрстеда
Жарким грозовым днем в июне 1731 года молния ударила в дом одного почтенного купца города Уэкфилда. Услышав грохот, испуганный негоциант вбежал в комнату и обнаружил, что небесный огонь разбил ящик, наполненный стальными ножами и вилками, и разбросал все столовые приборы по полу. Кинувшись подбирать имущество, купец обнаружил, что ножи и вилки оказались намагниченными…
Компасные мастера не раз замечали, что у кораблей, пришедших из дальних плаваний и побывавших в жестоких грозовых бурях, компасные стрелки оказывались перемагниченными. Северный конец указывал на юг, а южный — на север. Это случалось на тех судах, мачты которых принимали на себя удары молний.
Молния, молния… Но ведь молния — это не что иное, как огромная электрическая искра…
7 сентября 1753 года в здании Санкт-Петербургской императорской академии господин профессор Франц Ульрих Теодор Эпинус прочел на конференции трактат «О сходстве электрической силы с магнитною».
Дальше оставалось только доказать и подтвердить на опытах связь электричества с магнетизмом. Только… Но это-то «только» и не удавалось никому из физиков. Английский химик Гемфри Дэви, соорудив гигантский вольтов столб, состоящий из двух тысяч пар пластин, и получив электрическую дугу, обнаружил, что пламя дуги отклоняется магнитом. Но это было не совсем то… Пламя есть пламя.
Уже были найдены многие связи между электричеством и светом, между электричеством и звуком, даже между электричеством и теплом. А вот убедительно показать, что связь электричества с магнетизмом существует, никак не удавалось. Правда, мюнхенский физик Иоганн Вильгельм Риттер утверждал, что всякий вольтов столб есть магнит, поскольку ток от него, пропущенный через серебряную проволоку, делает ее магнитной. Но Риттер пользовался славой гениального, но сумасбродного человека, и к его словам не очень-то прислушивались.
В 1802 году Джан Доменико Романьози — адвокат, получивший кафедру публичного права в Падуе и одновременно увлекавшийся электрическими опытами, — обнаружил отклонение магнитной стрелки током, проходившим по серебряному проводнику. Романьози хотел было описать открытое явление в подробном мемуаре, но так и не собрался.
Похожие результаты наблюдал в своей лаборатории в Генуе профессор химии Джузеппе Моджиони в 1804 году.
А директор Политехнического института в Вене Иоганн Иозеф Прехтль, желая изучить магнитные свойства вольтова столба, подвешивал его на шелковых нитях. Он писал: «…в природе все явления имеют значение или притягательных, или химических действий электричества… так что в сущности магнетизм и химизм суть главные ветви общей науки, электрицизма».
Сегодня даже удивительно читать столь проницательные суждения, во многом соответствующие нашим воззрениям. Но в 1810 году это было лишь мнением, лишенным экспериментального подтверждения. Подобные догадки продолжались до 15 февраля 1820 года.
В тот день в Копенгагенском университете должен был читать лекцию о связи электричества с теплотой профессор Ханс Кристиан Эрстед. Сорокатрехлетний ученый был довольно известной фигурой в Дании. Родившись в семье аптекаря, он получил диплом фармацевта, а потом доктора философии. Его научные интересы были широкими и разносторонними. За интересные работы по получению хлористого и металлического алюминия Эрстед был принят в члены Датского королевского научного общества и стал его непременным секретарем. Он много ездил, совершая научные путешествия по европейским государствам и знакомясь с учеными разных стран.