Квинтэссенция. Книга первая - Ирина Львовна Радунская

обнаружить действие контактного электричества без помощи языка или препаратов Гальвани, а чисто физическими методами. После опытов с прибором, создающим электричество без всякого трения, путем бесконтактной электростатической индукции между вращающимися и неподвижными металлическими пластинами — Вольта останавливается на известном нам электроскопе с соприкасающимися легкими листочками, расходящимися под действием электрического заряда.

Теперь его опыты, наконец, дают объективные результаты. В конце 1799 года Вольта делает величайшее открытие. Если положить между парой разнородных металлов влажную ткань, то между металлами возникает «постоянное нарушение электрического равновесия».

Он накладывает много чередующихся металлических пластинок так, что каждая пара разделена влажной тканью, и обнаруживает сотрясение руки, как от лейденской банки. Но это устройство отличается от лейденской банки тем, что после каждого разряда самопроизвольно восстанавливает свой заряд. Это значит, что «прибор создает неуничтожаемый заряд, дает непрерывный импульс электрическому флюиду».

Вольта назвал новый прибор «электродвижущим аппаратом», а в последующей литературе он известен, как Вольтов столб. Столб потому, что Вольта клал чередующиеся пары металлов, разделенные влажной тканью, одну на другую, образуя из них вертикальную конструкцию.

Так человечество овладело источником постоянного электрического тока. И потомки вольтова столба — химические источники электрического тока с тех пор верно служат в переносных радиоприемниках и магнитофонах, в фонарях и во многих других полезных устройствах. Мы попросту называем их элементами или батарейками.

Практическое значение работы Вольта очевидно. Но еще важнее дорога, которую он, не сознавая ее значения, проложил, как взлетную полосу для радикального расширения наших знаний в области фундаментальных наук.

Речь идет о связи между электричеством и химией. Существование этой связи было известно и раньше. Но наблюдения, проводимые при помощи электрических разрядов, получаемых от лейденских банок и электростатических машин, давали очень незначительные эффекты, практически не поддававшиеся количественным измерениям.

Применение «электродвижущих аппаратов» значительно упрощало опыты и приводило к впечатляющим эффектам. Сам Вольта наблюдал таким образом разложение растворенных солей и окисление металлов. Затем английские ученые Э. Карлейль и У. Николсон при помощи «электродвижущего аппарата» разложили воду на водород и кислород.

Систематические исследования, проведенные английским химиком Х. Дэви, породили новую пограничную область науки — электрохимию.

Электрические батареи, потомки вольтова столба позволили наглядно продемонстрировать выделение тепла при прохождении электрического тока.

По-видимому, первым, сообщившим в 1802 году о новом источнике света, был француз Кюрте. В его опыте при замыкании батареи железным проводником, соприкасающимся с куском угля, появлялись искры, настолько яркие, что они освещали окружающие предметы.

В том же году русский академик В. В. Петров получил стабильную электрическую дугу и показал возможность использовать ее в течении длительного времени для освещения и для плавления металлов. Для этого он использовал построенную им большую «гальваническую» батарею, состоящую из 2100 медно-цинковых элементов.

Он показал, что источником напряжения в ней является химический процесс с участием металла и электролита. Электролитом служил раствор нашатыря, пропитывающего бумажные листки, разделявшие тонкие медные и цинковые диски.

Петров установил, что при увеличении сечения проводника, замыкающего батарею, сила тока возрастает. Он первым пришел к изоляции поверхности проводника. Исследовал при помощи постоянного тока явления электрического разряда в вакууме и обнаружил зависимость характера разряда от степени разрежения газа. Другие выдающиеся исследования и результаты Петрова выходят далеко за пределы этой книги.

В 1810 году Дэви повторил опыты Петрова, построив батарею из 2000 элементов и демонстрируя впечатляющие опыты с электрической дугой, которую долго называли Вольтовой дугой, в честь изобретателя гальванической батареи.

ПОВОРАЧИВАЮЩАЯ СИЛА

Так, переходя из рук в руки, продвигался факел науки, разгораясь ярче с каждым шагом. Все укладывалось в рамки основополагающей идеи Ньютона: мир состоит из материальных тел, взаимодействующих между собой при помощи сил, направленных вдоль линий, соединяющих эти тела. Математика уточняет: в случае тел сложной формы силы направлены вдоль прямых, соединяющих центры тяжести этих тел.

Экспериментальные исследования сил, возникающих между ними, обладающими электрическими зарядами или магнитными свойствами, привели к тому же. Эти силы тоже действуют по линиям, направленным между зарядами. Математика и в этом случае приводит к формулам, аналогичным закону тяготения.

Есть, конечно, и различие. Силы тяготения всегда являются силами притяжения. Электрические и магнитные силы могут привести как к притяжению, так и к отталкиванию.

Подтвердилась и особенность магнитных сил: магнитные полюсы невозможно изолировать. Они всегда присутствуют попарно.

Эти факты обнаружены при помощи опытов. В духе Ньютона они поддаются математическому описанию. Все силы действуют вдоль прямых, соединяющих источники силы.

Идиллию разрушил датский физик, профессор Копенгагенского университета Х. Эрстед. Среди других проблем его интересовал вопрос о связи между электрическими и магнитными силами. Существование такой связи предполагали самые первые исследователи электрических и магнитных взаимодействий.

Были и сомневающиеся. Кардан и Гильберт настойчиво искали доказательств того, что подобная связь отсутствует. Они не смогли найти этих доказательств. Напротив, Франклин сумел обнаружить, что железные предметы намагничиваются, если они расположены вблизи проводника, через который проходит электрический заряд от лейденской банки.

21 июня 1820 года Эрстед на четырех страницах описал простой опыт. Электрический ток, протекающий по прямому проводу, идущему вдоль меридиана, отклоняет магнитную стрелку, расположенную вблизи этого проводника, от ее обычного положения, от направления север-юг.

Так впервые была обнаружена новая сила, отличная от известных Ньютону, Кулону и всем остальным ученым того времени. Она действовала не вдоль линий, соединяющих взаимодействующие тела. Она поворачивала магнитную стрелку! Это была «поворачивающая сила».

Статья Эрстеда написана на языке научного общения того времени, на латыни. Но уже существовали и научные журналы на живых языках.

Переводы для них выполняли ученики. Открытие Эрстеда столь сильно отличалось от системы научных взглядов того времени, что переводчики, будучи не уверенными в том, что они правильно понимают Эрстеда, давая буквальный перевод, приводили и оригинальный латинский текст фраз автора, относящихся к «поворачивающей силе».

Удивление и интерес ученых, экспериментаторов и теоретиков быстро распространился и среди людей, далеких от науки. Все хотели увидеть действие таинственной силы, поворачивающей магнитную стрелку.

В том же году знакомый уже нам французский физик Араго обнаружил, что проводник, по которому проходит электрический ток, «облепливается железными опилками так, как если бы это был магнит». Он заключил, что электрический ток вызывает магнетизм в железе, не подвергавшемся предварительному намагничиванию.

В том же 1820 году в это детективное расследование включились французские ученые Ж. Б. Био и Ф. Савар. Био был физиком, а Савар — военным хирургом. Они начали измерения величины силы, с которой электрический ток действует на магнитную стрелку.

Они воспользовались разработанным Кулоном методом колебаний крутильного маятника. Основой их установки был вертикальный проводник и расположенная вблизи него магнитная стрелка. При включении электрического тока магнитная стрелка начинала колебаться.