Собрание сочинений, том 20
Шрифт:
То же самое получится, если мы соединим цинк с платиной, а медь поместим неприсоединенной посредине. Здесь медь, — если бы она вообще действовала, — должна была бы вызвать ток от цинка к меди и другой ток от меди к платине; следовательно, она должна была бы действовать в качестве какого-то промежуточного электрода и выделять на обращенной к цинку стороне газообразный водород, что опять-таки невозможно.
Если мы отбросим традиционный способ выражения сторонников представления об электродвижущей силе, то рассматриваемый нами случай примет крайне простой вид. Гальваническая цепь, как мы видели, есть такое приспособление, в котором химическая энергия освобождается и превращается в электричество.
Она состоит, как правило, из одной или нескольких жидкостей и двух металлов, играющих роль электродов, которые должны быть соединены между собой вне жидкости каким-нибудь проводником. В этом и состоит весь аппарат. Какое бы еще тело, не соединенное с внешней частью цепи, мы ни погрузили в электровозбуждающую жидкость — будет ли это тело металл, стекло, смола или что-нибудь иное, — оно не может принять участия в происходящем в цепи химико-электрическом процессе, т. е. в образовании тока, пока оно не вносит в жидкость химических изменений; самое большее, что оно может сделать,
Отсюда мы видим, что не только вышеприведенное выведение Видеманом так называемого закона электродвижущих сил является ложным, но ложен и тот смысл, который Видеман придает этому закону. Нельзя говорить о компенсирующейся электродвижущей деятельности не соединенного с цепью металла, так как эта деятельность заранее лишена того единственного условия, при котором она может осуществиться; и точно так же так называемый закон электродвижущих сил не может быть выведен из факта, находящегося вне сферы его компетенции.
Старик Поггендорф опубликовал в 1845 г. ряд опытов, в которых он измерял электродвижущую силу самых различных цепей, т. е. определял количество электричества, доставляемого каждой цепью в единицу времени. Среди этих опытов особенно ценны первые 27, в каждом из которых три определенных металла соединялись по очереди в одной и той же электровозбуждающей жидкости в три различные цепи, а эти цепи исследовались и сравнивались между собой с точки зрения доставлявшегося ими количества электричества. В качестве правоверного приверженца контактной теории Поггендорф помещал в цепь не включенным каждый раз также и третий металл и имел, таким образом, удовольствие убедиться, что во всех 81 цепях этот «третий в союзе» [356] оставался в роли простого статиста. Но значение этих опытов заключается вовсе не в этом, а в подтверждении так называемого закона электродвижущих сил и в установлении его правильного смысла.
356
«Третий в союзе» — слова из баллады Шиллера «Порука»; их произносит тиран Дионисий, прося принять его в союз двух верных друзей.
Остановимся на том ряде цепей, где попарно соединяются между собой в разбавленной соляной кислоте цинк, медь и платина. Здесь, по Поггендорфу, полученные количества электричества, если принять за 100 силу элемента Даниеля, равнялись следующим величинам:
Цинк-медь 78,8
Медь-платина 74,3
Сумма 153,1
Цинк-платина 153,7
Таким образом, цинк в прямом соединении с платиной дал почти в точности то же количество электричества, что цинк-медь плюс медь-платина. То же самое имело место и во всех других цепях, какие бы при этом ни брались жидкости и металлы. Если из ряда металлов в одной и той же возбуждающей жидкости образовать гальванические цепи таким образом, что металлы эти располагаются в порядке, соответствующем вольтову ряду металлов в данной жидкости, и каждый следующий металл служит отрицательным электродом для предыдущего и положительным электродом для последующего, то сумма количеств электричества, доставляемых всеми этими цепями, равна тому количеству электричества, которое доставляется прямой цепью из обоих конечных членов всего ряда металлов. Так, например, количества электричества, доставляемые в разбавленной соляной кислоте цепями: цинк-олово, олово-железо, железо-медь, медь-серебро, серебро-платина, равнялись бы в своей совокупности тому количеству электричества, которое доставляется цепью цинк-платина; гальваническая батарея, составленная из всех элементов вышеприведенного ряда, как раз нейтрализовалась бы, при прочих равных условиях, элементом цинк-платина, ток которого двигался бы в противоположном направлении.
Рассматриваемый в этом виде, так называемый закон электродвижущих сил приобретает действительное и крупное значение. Он раскрывает перед нами новую сторону взаимной связи между химическим и электрическим действием. До сих пор, при преимущественном исследовании источника энергии гальванического тока, этот источник, химическое превращение, представлялся нам активной стороной процесса; а электричество порождалось этим источником и потому выступало сперва как нечто пассивное. Теперь отношение становится обратным. Электрическое возбуждение, обусловленное свойствами разнородных тел, приведенных между собой в соприкосновение в цепи, не может ни прибавить, ни отнять энергию у химического действия (иначе как путем превращения освобождающейся энергии в электричество); но в зависимости от устройства цепи оно может либо ускорить, либо замедлить это действие. Если цепь: цинк — разбавленная соляная кислота — медь, дает для тока в единицу времени только половину того количества электричества, которое дает цепь: цинк — разбавленная соляная кислота — платина, то, выражаясь химически, это означает, что первая цепь дает в единицу времени лишь половину того количества хлористого цинка и водорода, которое доставляется второй цепью. Таким образом, химическое действие удвоилось, хотя чисто химические условия остались неизменными. Электрическое возбуждение стало регулятором химического действия; оно выступает теперь как активная сторона всего процесса, а химическое действие — как пассивная сторона.
С этой точки зрения становится понятным тот факт, что целый ряд процессов, рассматривавшихся раньше как чисто химические, теперь представляются как электро-химические. Разбавленная кислота действует лишь очень слабо, — если она вообще действует, — на химически чистый цинк; но зато обыкновенный, имеющийся в продаже цинк быстро растворяется в ней с образованием соли и выделением водорода; он содержит в себе примеси других металлов и угля, неравномерно представленные на разных местах его поверхности. Между ними и самим цинком образуются в кислоте местные токи, причем те места, где имеется цинк, образуют положительные электроды, а другие металлы — отрицательные электроды, на которых выделяются пузырьки водорода. Точно так же теперь рассматривается как электро-химическое то явление, что железо, погруженное в раствор медного купороса,
В соответствии с этим мы находим также, что вольтовы ряды металлов в жидкостях соответствуют в общем и целом тому порядку, в котором металлы располагаются по их вытеснению друг другом из их соединений с галоидами и кислотными радикалами. На крайнем отрицательном конце вольтовых рядов мы находим, как правило, металлы золотой группы: золото, платину, палладий, родий, которые с трудом окисляются, на которые почти или совсем не действуют кислоты и которые легко вытесняются из своих солей другими металлами. На крайнем положительном конце находятся щелочные металлы, обнаруживающие прямо противоположные свойства: их едва можно выделить из их окислов при затрате огромнейшего количества энергии; они встречаются в природе почти исключительно в форме солей и обладают наибольшим из всех металлов сродством с галоидами и кислотными радикалами. Между обеими группами металлов расположены остальные металлы в несколько меняющейся последовательности, но так, что в целом их электрические и химические свойства соответствуют друг другу. Последовательность отдельных из этих металлов меняется в зависимости от жидкостей и к тому же вряд ли окончательно установлена хотя бы для какой-нибудь одной жидкости. Позволительно даже сомневаться, существует ли вообще подобный абсолютный вольтов ряд металлов для какой-нибудь отдельной жидкости. Если взять соответствующим образом составленные цепи и электролитические ванны, то два куска одного и того же металла могут служить в них положительным и отрицательным электродами, т. е. один и тот же металл может быть по отношению к самому себе как положительным, так и отрицательным. В термоэлементах, превращающих теплоту в электричество, направление тока при значительных различиях температуры в обоих спаях изменяется на обратное: положительный прежде металл становится отрицательным, и наоборот. Точно так же не существует абсолютного ряда, согласно которому металлы вытесняют друг друга из своих химических соединений с каким-нибудь определенным галоидом или кислотным радикалом; путем доставления энергии в форме теплоты мы можем во многих случаях почти по произволу изменять и делать обратным расположение ряда, установленного для обычной температуры.
Таким образом, мы находим здесь своеобразное взаимодействие между химизмом и электричеством. Химическое действие в цепи, доставляющее электричеству всю энергию, необходимую для образования тока, в свою очередь возбуждается во многих случаях впервые лишь теми электрическими напряжениями, которые создаются в цепи, и во всех случаях количественно регулируется этими напряжениями. Если прежде процессы в цепи выступали перед нами как химико-электрические, то теперь мы видим, что они в такой же мере и электро-химические. С точки зрения образования длительного тока химическое действие являлось первичным моментом, с точки же зрения возбуждения тока оно является вторичным, побочным фактором. Взаимодействие исключает всякое абсолютно первичное и абсолютно вторичное; но вместе с тем оно есть такой двусторонний процесс, который по своей природе может рассматриваться с двух различных точек зрения; чтобы его понять как целое, его даже необходимо исследовать в отдельности сперва с одной, затем с другой точки зрения, прежде чем можно будет подытожить совокупный результат. Если же мы односторонне придерживаемся одной точки зрения как абсолютной в противоположность к другой или если мы произвольно перескакиваем с одной точки зрения на другую в зависимости от того, чего в данный момент требуют наши рассуждения, то мы остаемся в плену односторонности метафизического мышления; от нас ускользает связь целого, и мы запутываемся в одном противоречии за другим.
Мы видели выше, что, согласно Видеману, первоначальное отклонение гальванометра, — непосредственно после погружения металлических пластинок в жидкость цепи и еще до того, как химические изменения изменили силу электрического возбуждения, — «является мерой для суммы электродвижущих сил в замкнутой цепи».
До сих пор так называемая электродвижущая сила фигурировала перед нами как особая форма энергии, которая в нашем случае возникала в эквивалентном количестве из химической энергии и в дальнейшем процессе снова превращалась в эквивалентные количества теплоты, движения масс и т. д. Здесь же мы узнаём вдруг, что «сумма электродвижущих сил в замкнутой цепи» существует еще до того, как химические изменения освободили указанную энергию, иными словами, мы узнаём, что электродвижущая сила есть не что иное, как способность определенной цепи освобождать в единицу времени определенное количество химической энергии и превращать ее в электрическое движение. Электродвижущая сила оказывается здесь, как прежде электрическая разъединительная сила, тоже силой, не содержащей в себе и искорки энергии. Таким образом, Видеман понимает под «электродвижущей силой» две совершенно различные вещи: с одной стороны, способность той или иной цепи освобождать определенное количество данной химической энергии и превращать ее в электрическое движение, а с другой стороны — само произведенное количество электрического движения. То, что они пропорциональны друг другу и что одна из них является мерой для другой, нисколько не уничтожает их различия. Химическое действие в цепи, произведенное количество электричества и возникшая из него в замкнутой цепи теплота (если помимо этого не произведено никакой работы) даже более чем пропорциональны между собой: они эквивалентны; но это не причиняет никакого ущерба их различию. Способность какой-нибудь паровой машины, имеющей цилиндр определенного диаметра и определенный ход поршня, производить определенное количество механического движения из доставляемой ей теплоты, при всей своей пропорциональности самому этому механическому движению, весьма отлична от него. И если подобный способ выражения был еще терпим в эпоху, когда в естествознании не было речи о сохранении энергии, то ясно, что со времени признания этого основного закона нельзя больше смешивать действительную живую энергию в какой-нибудь ее форме со способностью какого-нибудь аппарата придавать освобождающейся энергии эту форму. Это смешение является естественным дополнением к смешению силы и энергии в случае электрической разъединительной силы; оба эти смешения являются тем, в чем гармонически разрешаются три совершенно противоречащие друг другу видемановские объяснения тока, и вообще они-то и лежат в конце концов в основе всей его теоретической путаницы по поводу так называемой «электродвижущей силы».