Текст книги "Мир электричества"
Автор книги: Анатолий Томилин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 22 страниц) [доступный отрывок для чтения: 9 страниц]
Стремление познакомиться с новыми электрическими явлениями охватило буквально всех людей. Те, кому не удавалось побывать в физических лабораториях, удовлетворяли свое любопытство в ярмарочных балаганах, где за небольшую плату электризовали всех желающих. «Даже в среде ученых трезвость взгляда уступила место некоторого рода опьянению, – писал Ф. Розенбергер в «Истории физики», изданной в XIX веке, – и как сто лет тому назад все объяснялось воздушным давлением, так теперь электричество приводилось в связь со всевозможными проблемами и считалось причиной самых разнообразных явлений».
Увлечение наукой в XVIII веке вытеснило привычные развлечения даже из дворцов. Придворные кавалеры и дамы вместо пасторалей собирали гербарии, и среди богатых людей гораздо больше ценились экзотические растения в оранжереях и коллекции редких бабочек, чем столовое серебро, даже если оно было создано Бенвенуто Челлини. И если раньше научную истину искали в древних манускриптах, то теперь в Европе возник настоящий экспериментальный бум. В любительских кружках, в домашних лабораториях, придворных салонах и на публичных лекциях демонстрировались эффектные опыты, часто на грани фокусов. И конечно, одно из первых мест занимали опыты с электричеством.
Электризацией пробовали ускорять прорастание семян и появление цыплят из насиженных яиц. В Голландии электризовали бутоны тюльпанов, чтобы те быстрее распускались. Лондонское королевское общество провело целый ряд специальных экспериментов, чтобы проверить влияние электризации на самые разные объекты. Правда, обнадеживающих результатов получено не было.
Иначе говоря, явления, причины которых были неясны, отдавались во власть новой силе. Такое внимание благотворно подействовало и на развитие науки. За какие-нибудь тридцать последних лет XVIII столетия люди узнали об электричестве больше, чем за всю прошлую историю. Появились первые теории электричества, и новая область знания «созрела для математики».
Вот только таинственной электрической субстанции с помощью трения первые машины давали мало! В умах исследователей неизбежно должна была возникнуть мысль: а нельзя ли изыскать способы накопления электрических зарядов? И этот вопрос послужил ступенькой для следующего шага в познании электрической силы.
Тайна электризацииПрежде всего напомню, что слово «трибо» в переводе с греческого означает «растирание». Поэтому электрические заряды, которые возникают на поверхности разнородных тел при трении их друг о друга, называются трибоэлектричеством. Понять это явление физики смогли тогда, когда открыли уже значительную часть явлений, связанных с движением и взаимодействием электрических зарядов, и определили самый маленький электрический заряд, отрицательно заряженную элементарную частицу – электрон.
Ученые выяснили, что при трении электризуются оба вещества, их заряды оказываются одинаковыми по значению, но противоположными по знаку. Еще Фарадей для классификации расположил диэлектрики, то есть вещества, не проводящие электрический ток, в ряд, получивший его имя (трибоэлектрический ряд Фарадея): (+) мех, фланель, слоновая кость, перья, горный хрусталь, флинтглас, бумажная ткань, шелк, дерево, металлы, сера (-).
При этом русский физик Николай Александрович Гезехус обнаружил, что диэлектрики в трибоэлектрическом ряду располагаются по мере убывания их твердости: (+) алмаз, топаз, горный хрусталь, гладкое стекло, слюда, кальцит, сера и воск (-). Эту классификацию назвали рядом Гезехуса. Отметим, что электризация вещества тем больше, чем значительнее поверхность натирающего тела. Электризуется пыль, которая скользит по поверхности тела, электризуется снег во время пурги и порошок, просеиваемый через сито. Электризуются жидкие диэлектрики. Особенно при разбрызгивании или при ударе струи о твердую или жидкую поверхность.
Все эти явления очень опасны на производстве и на транспорте. На заводах и на прядильных фабриках металлические части обязательно заземляют, применяют ионизацию воздуха и другие меры. На транспорте при перевозке и перекачке нефти, бензина может произойти нежелательное наложение статических зарядов. Особенно опасна трибоэлектризация в авиации. В полете на фюзеляже, на крыльях и на хвостовом оперении, а также во время заправки топливом в воздухе или на земле трение частиц вызывает появление электрического заряда. Причем разность потенциалов между самолетом и окружающей средой может достигнуть полутора мегавольт! Это вызывает на острых и выступающих частях конструкции коронный разряд, который создает помехи работе радиосистем и пожароопасную ситуацию в топливных баках. Например, если не заземлить прилетевший самолет сразу после полета на аэродроме, он может оказаться весьма опасным для любого, кто коснется его корпуса.
В чем же все-таки причина трибоэлектричества твердых тел? В основе этого явления лежит контактная разность потенциалов, то есть разность потенциалов между двумя различными металлами, металлом и полупроводником или между двумя полупроводниками, которая возникает при их соприкосновении. При этом часть электронов из поверхностного слоя тела с меньшей работой выхода переходит в тело с большей работой выхода. И в зоне контакта образуется двойной электрический слой.
Контактная разность потенциалов сегодня широко используется в полупроводниковых приборах, в термопарах и других устройствах.
Глава 4. Опасное родство
Двойное рождениеСоборный настоятель небольшого городка Каммин в Померании Эвальд Георг фон Клейст занимался электрическими опытами потихоньку. Он не публиковал своих результатов – зачем вводить во искушение прихожан – и довольствовался домашними восторгами. Одно огорчало отца-настоятеля: электрическая машина, счастливым обладателем которой он являлся, была до чрезвычайности слабой. Оттого и искры, которые случалось извлекать из ее кондуктора благочестивому экспериментатору, были едва видны при свете дня.
Однажды, в счастливые часы занятий любимыми опытами, Клейст решил зарядить свою микстуру, чтобы усилить ее действие (отца-настоятеля мучил кашель). Он вставил в бутылочку железный гвоздь и поднес его к кондуктору машины. Несколько оборотов стеклянного шара – и жидкость должна была зарядиться… Осталось вынуть гвоздь из бутылки. Держа склянку в одной руке, почтенный священнослужитель другой взялся за головку гвоздя и… получил весьма ощутимый электрический удар. Клейст даже не испугался. Он только удивился – откуда? Его слабая машина не способна была давать и десятой доли того электричества, силу которого он почувствовал. Впрочем, что толку в раздумьях? Если результат опыта непонятен, его нужно в точности воспроизвести еще, потом еще и еще… И каждый раз бутылка с жидкостью и гвоздем, накопив электричество от маленькой машины, исправно щелкала экспериментатора по пальцу электрическими ударами.
«Накопив электричество!» Вы чувствуете, это же совсем новое свойство неведомой силы. А что будет, если налить в склянку с гвоздем спирт или ртуть? Не получит ли она еще большую способность накапливать электричество? Через некоторое время, убедившись в том, что он действительно открыл новый способ накапливать электричество, фон Клейст описал результаты своих опытов в письме и послал его в Данциг протодиакону – своему начальнику. Протодиакон физикой не увлекался, но, будучи человеком обязательным, передал сообщение коллеги бургомистру Даниэлю Гралату, человеку вполне просвещенному. Совсем недавно тот организовал в своем городе общество естествоиспытателей, которое жаждало деятельности. И потому новинка фон Клейста была как нельзя более кстати. Бургомистр Гралат начал с того, что взял бутыль большего объема и с большим гвоздем. По-видимому, все бургомистры – по должности своей – любят, чтобы дело выглядело крупно и эффектно (вспомним Герике). Гралат обернул бутылку металлической фольгой, и электрические удары еще усилились. Ему пришло в голову составить из таких бутылей батарею и тоже зарядить ее. А затем. Бедные, бедные члены данцигского общества естествоиспытателей. Бургомистр предложил двадцати человекам взяться за руки, образовать цепь, а затем крайним в цепи коснуться пальцами гвоздя и обкладки бутыли, то есть замкнуть цепь! Эффект был потрясающий. Окрестные жители давно не слышали такого вопля…
В истории науки и техники часто бывает, что изобретения малые и большие делаются одновременно разными людьми и совсем в разных местах. Чтобы продолжить историю чудесной «накопительной банки», давайте из славного города Данцига переедем в не менее славный город Лейден и познакомимся с почтенным профессором Мушенбруком.
Питер ван Мушенбрук (1692–1761)
С 1719 по 1723 год выпускник Лейденского университета Питер ван Мушенбрук был профессором Дуйсбургского университета. Особых научных заслуг у молодого профессора не отмечалось, и он перешел в университет города Клейста, а в 1740 году вернулся в alma mater, где занял кафедру физики. В Лейденском университете была прекрасная лаборатория, старые традиции и слава. Лучи этой славы привлекали учеников, которые давали доход профессорам. Мушенбрук занялся эффектными электрическими опытами. Таинственная сила интересовала всех и была в большой моде.
Профессор умел красно и значительно говорить, надувать щеки и трясти париком, рассказывая о своих достижениях. Однако, по чести говоря, особых успехов у него не было. Но такое поведение и по сей день нередко вводит неискушенного человека в заблуждение. А уж двести-то с лишним лет назад находилось немало простаков, называвших герра профессора не иначе как великим Мушенбруком.
Однажды слепая фортуна подсунула Мушенбруку ученика по имени Кунеус. Это был богатый лейденский горожанин, желавший развлечься опытами не иначе как в лаборатории «великого ученого». Там он, познакомившись с электрической машиной, попытался наполнить электричеством… банку с водой. Идея, по воззрениям того времени, не такая уж нелепая. Из многочисленных опытов было известно, что вода электризуется. Почему же не попробовать сохранить электричество в воде? И вот Кунеус взял банку, налил воду и опустил в нее металлический стержень, соединенный с кондуктором электрической машины. Слуге он приказал крутить ручку машины.
Опыт в Лейдене
Через некоторое время, считая, что вода достаточно зарядилась, экспериментатор решил вынуть стержень. Но дотронувшись до него другой рукой, любитель науки испытал, как он сам говорил впоследствии, «ни с чем не сравнимое потрясение». Кунеус ничего не понял. Уронил банку, разлил «заряженную» воду и побежал жаловаться профессору.
Отдадим должное Мушенбруку. Он решил тут же проверить открытие своего ученика. Условия опыта в точности восстановили. Только теперь на место ученика встал учитель. Кунеус закрутил рукоятку машины.
Сильный электрический удар поверг Мушенбрука в такое изумление, что «испытать его еще раз я не согласился бы даже ради французской короны», – писал он позже в своих воспоминаниях.
Батарея лейденских банок
Одним из первых узнал о лейденском эксперименте вездесущий аббат Нолле. Он тут же повторил и усовершенствовал усилительную банку, составил батарею и стал получать все более и более сильные электрические искры, настоящие маленькие молнии. В Версале, в присутствии короля и придворных, аббат выстроил сто восемьдесят мушкетеров кольцом. Велел им взяться за руки. Первому дал в руку банку, зарядил ее от машины и предложил последнему в цепи вытащить из банки металлический стержень… «Было очень курьезно видеть разнообразие жестов и слышать мгновенный вскрик, исторгаемый неожиданностью у большей части получающих удар». Король веселился. Но еще больший интерес вспыхнул в его глазах, когда на столик перед ним, рядом с электрической машиной и батареей усилительных банок, Нолле поставил маленькую металлическую клетку с птичкой. Обернув длинной цепочкой прутья клетки, он намотал другой ее конец на банку. Вторую цепочку, соединенную с металлическим стержнем банки, аббат пропустил через стеклянную трубочку и повесил над жердочкой так, чтобы птичка не могла задевать за нее головой. После этого помощник стал крутить электрическую машину. Придворные затаили дыхание. Наступил момент, когда между цепочкой и метавшимся по клетке воробьем проскочила голубая искра. Раздался треск, и несчастная пичуга свалилась без признаков жизни. Это была первая жертва искусственной молнии.
– Браво! – сказал Людовик XV и поднялся с места.
– Браво! – повторили придворные. Толпясь, они поспешили за своим сюзереном прочь от ученого, продемонстрировавшего им, что электричество может не только развлекать.
Лейденская банка и разрядник
Опыты с усилительной банкой, получившей благодаря стараниям того же Нолле название лейденской банки, были очень эффектны. Их повторяли в салонах и в ярмарочных балаганах. Голубыми искрами, извлеченными из пальца, из носа наэлектризованного человека, поджигали порох и спирт, убивали мышей и цыплят.
В один прекрасный день семьсот благочестивых парижских монахов, взявшись за руки, образовали цепь. И все они, как один, высоко подпрыгнули и возопили от страха, когда крайние разрядили на себя невзрачную банку, наполненную таинственной электрической жидкостью.
В Англии опыты с лейденскими банками демонстрировал в Королевском обществе врач Уильям Уотсон. В 1747 году он с помощью длинной проволоки соорудил цепь длиной не менее двух миль и «провел» электричество через Темзу. Исследуя роль жидкости, заполняющей банку, Уотсон вместо воды или спирта наполнил банку дробью, и результат не изменился. Тогда он вообще заменил содержимое банки еще одной, внутренней металлической обкладкой, соединенной с центральным стержнем. Теперь лейденская банка получила свою окончательную форму.
Правда, его коллега доктор Бевис обложил свинцовыми пластинами просто кусок стекла. Он обнаружил, что чем больше размеры пластин и меньше расстояние между ними, тем большее количество электричества на них накапливается.
Так в науку об электричестве пришел конденсатор – емкость, заполняемая «электрической материей». Правда, пока что принцип, или «механизм», его работы был непонятен, а величина емкости ничтожна. Но искра, получавшаяся при разряде, была способна, как молния, убить живое существо. Опасное родство, не правда ли?
Гроза
Лейденская банка Мушенбрука – это конденсатор, то есть емкость, накапливающая электричество. Каждый электрический конденсатор представляет собой систему из двух (или нескольких) проводников (обкладок), разделенных веществом, не проводящим электрический ток, – диэлектриком. При подключении к источнику постоянного напряжения на обкладках конденсатора накапливается электрический заряд, а в диэлектрике создается электрическое поле. Чтобы наглядно представить себе принцип действия электрического конденсатора, его можно сравнить с механической пружиной, запасающей энергию при сжатии.
Скажите, вы боитесь грозы?Постарайтесь ответить на вопрос, заданный в заголовке, откровенно. Если не боитесь, то – нет, а коли страшно, то – да! Ничего постыдного в этом нет. Гроза – самое величественное, самое красивое и одно из самых. грозных явлений природы. Ведь правда? Я, например, знаю многих в принципе достаточно смелых людей, которые бегут от молнии, а еще пуще – от грома.
Корабль, расколотый молнией
Но попробуем нарисовать в нашем воображении картину этого явления. Причем нарисовать так, чтобы мы с вами были его участниками! Скажем, так: по пути из леса домой (будем считать, что это был поход за грибами) мы выходим на край поля. Дождь еще не начался, но тучи, низкие, набухшие влагой, обложили все небо.
В лесу было темно, как вечером, а вышли на открытое место – и здесь света не больше. Того и гляди, польет дождь. Что делать? До дома вроде бы недалеко, да мокнуть не хочется. Пока мы топчемся в нерешительности, раздумываем, то ли под елку спрятаться, то ли под стог забиться, вдалеке начинает громыхать. Налетают первые порывы ветра, как залпы. Под их ударами поле, словно море в бурю: волны идут по хлебу, образуют водовороты из колосьев, подымают смерчи. Решайте скорее. Может быть, лучше переждать? Летние грозы скоротечны!…
И вдруг как сверкнет! Все вокруг словно само загорается голубым свечением. Уж молнии-то и нет, а в глазах все стоит и стоит ослепительная вспышка.
Не знаю, как вы, а я всегда после вспышки молнии начинаю считать: «И-раз, и-два, и-три…» Трах-тара-рах! – раздается на тридцатой секунде счета раскат грома. Тридцать секунд отделили его от вспышки. Значит, эпицентр грозы еще километрах в десяти. Далеко это или близко, и когда гроза дойдет до нас? Звуковая волна распространяется в воздухе со скоростью примерно 333 м/с. Обычно грозы движутся со скоростью не больше 40 км/ч. Раз так, то у нас в запасе как минимум минут пятнадцать. Бежим!
Так и есть! Едва мы поднялись на порог, как небо раскололось над самой крышей, гром грянул одновременно с блеском молнии, и полил дождь. Косые струи полетели над землей, срывая листья с деревьев, ломая сучья. Блеск молнии и грохот разрядов слились! Но мы под крышей, и оттого в груди поднимается какой-то отчаянный мрачный восторг – вполне в духе дикой, мятущейся красоты природы.
А ведь сколько рассказов об ужасных случаях поражения молнией на земле и на море слыхал каждый из нас.
В тайниках души у каждого гнездится атавистический страх. Страх, воспитанный поколениями беззащитных предков, когда не было теплых домов с громоотводами, не было знаний, что такое гроза, не было даже могучего бога, единовластного в решении покарать или помиловать. А был маленький, может быть, даже голый, одинокий человечек и бесконечная мощь разгулявшейся, ликующей природы.
Трах-тара-рах! Трах! Трах! – грохочет гром. Страшно первобытному человеку. Змеи-молнии жалят землю. Черные тучи накрыли ее, как пологом. Где голубое небо? Где ласковое солнце? Куда спрятаться от пронизывающего ветра, от холодного дождя? Может быть, бежать? Бежать быстро, еще быстрее, еще, пока не выскочит сердце из груди и не упадет человек бездыханным. Или, подобно птице и зверю, забиться под дерево, лицом в корни и лежать тихо-тихо… Ждать, пока добрые силы природы победят злые и окружающий мир снова прояснится и даст место в себе человеку. А кому не даст – тот погибнет.
Замечательный исследователь и собиратель русского фольклора Александр Николаевич Афанасьев писал, что древние люди смотрели на окружающий мир совсем другими глазами, нежели мы. Они не отделяли своего существования от остальной природы, чувствовали себя с нею единым целым. В представлении наших предков облака и звери, небесные светила и озера ничем особенно не отличались от самого человека. Все вокруг жило своей жизнью. Враждебные силы боролись друг с другом, а значит, и с человеком. Добрые силы помогали. Все непонятное было враждебно человеку. И прежде всего такое страшное атмосферное явление, как гроза. Чтобы выжить в этой титанической борьбе стихий, человек просил помощи у тех же сил, заклинал небесный огонь, приносил ему жертвы.
Страх перед неведомым породил почитание стихий, их обожествление. И это обожествление, а на самом деле очеловечивание таинственных сил природы делало мир не таким страшным. Если гигантскими процессами управляют боги, а сами боги – как люди, то ничто человеческое им не чуждо. Богов можно упросить, умилостивить, подкупить и. заручиться их помощью, поддержкой. Тут уж грозный мир, еще недавно наполненный мутным туманом страха, прояснялся и становился не столь ужасным.
Это один путь оградить себя от страха – создать всесильного бога, заранее согласившись на смирение. Но есть и другой путь – познание. Конечно, гроза – зрелище могучее и эффектное, но это только атмосферное явление. Его надо изучать с должной осторожностью, но не пугаться и не видеть в нем ничего сверхъестественного.
Великий гражданин АмерикиЖизнь Бенджамина Франклина связана с Филадельфией. Здесь и сегодня в центре города стоит старая ратуша. Когда-то она была весьма внушительным зданием, возвышавшимся над россыпью одно-двухэтажных домов и коттеджей. Сегодня старая постройка потонула среди поднявшихся стен из стекла, стали и бетона. И лишь бронзовый Уильям Пенн, основавший город в 1682 году, по-прежнему стоит на ратушной башне.
Рядом с Федеральным резервным банком и Фондовой биржей – Академия естественных наук, университет и Институт Франклина. Здесь, в одном из банкетных залов ратуши, в 1977 году был устроен необычный праздник в честь прославленного гражданина Филадельфии Бенджамина Франклина.
Вечером, когда темное небо усыпали звезды, проблескивающие даже сквозь туман электрического зарева, в ратуше собралось множество народа. Четверо кондитеров внесли на вытянутых руках грандиозный юбилейный торт, уставленный свечками. Свечей было так много, что в одну человеческую жизнь не вместилось бы такое количество лет. Тем временем торт поставили на стол, и человек с явно электротехническим образованием стал подключать его к электронной схеме с оптическим устройством, фотоэлементами, усилительными каскадами и реле. Все смотрели на часы. В назначенное время включился ток. Механическая часть системы пришла в движение. Она повернула оптическую трубу и нацелила ее на какую-то звезду. Прошла минута, другая, и двести с лишним свечей одновременно загорелись под общие аплодисменты и звон льда в бокалах…
Но, пожалуй, мне пора объяснить смысл проделанных манипуляций и всей церемонии в целом. Если отнять от 1977 года год рождения Бенджамина Франклина – 1706, получится цифра 271. На торте двести семьдесят одна свеча. Связь понятна? Но вот оптическое устройство, повернувшись, нацелилось на звезду, отстоящую от Солнечной системы на двести семьдесят один световой год. И когда луч света, родившийся одновременно с Франклином, добежал до земли, он попал в объектив, прошел через фотоэлемент и замкнул реле. С треском выскочившая из разрядников электрическая искра зажгла свечи…
Бенджамин Франклин (1706–1790)
Бенджамин Франклин родился в семье ремесленника, переселившегося на американские берега из Англии из-за преследований по религиозным убеждениям. В семье было семнадцать детей. Бенджамин – младший. И хотя к его отрочеству многие из братьев и сестер уже стали вполне самостоятельными людьми, мальчик не смог получить систематического образования. Он проучился в школе всего год, наловчившись за это время читать и считать, а потом поступил в типографию старшего брата, обязавшись по контракту проработать там бесплатно в течение восьми лет за обучение ремеслу книгопечатания. Одним из немногих удовольствий, выпадавших на долю мальчугана, было в ту пору чтение книжек да лихие запуски воздушных змеев над холмами небольшого полуострова в глубине Массачусетской бухты, где расположился город Бостон.
Отработав положенный срок, семнадцатилетним парнем Бен переехал в Филадельфию. И здесь дело у него пошло. Скоро он начал выпускать свою газету, занялся политикой и бизнесом. Природная любознательность сделала его начитанным и образованным человеком. А ясный практический ум позволил к тому же разбогатеть.
В двадцать пять лет Франклин открыл первую в США публичную библиотеку. В тридцать четыре года основал Пенсильванский университет, а еще три года спустя – Американское философское общество.
Франклину шел сорок первый год, и вряд ли он особенно задумывался над проблемами электричества. Как вдруг в город приехал некий доктор Спенсер, обещавший, как было указано в афишах, «прочесть лекцию об электричестве и показать слушателям потрясающие опыты». В те времена по городам североамериканских колоний Великобритании ездило немало всякого рода лекторов, знакомивших колонистов с новостями науки и магии, литературы и толкований Божественного Писания. Для жителей небольших провинциальных городов такие лекции служили немалым развлечением.
Бен Франклин был в этот вечер свободен. Он в компании приятелей гулял по городу и, возможно, собирался зайти в салун, когда у кого-то из друзей возникло предложение послушать заезжего лектора. На лекцию так на лекцию. Компания пребывала в отличном расположении духа, и все направления, как говорится, были для нее равновероятны.
Рослый и веселый, всегда полный юмора, Бен Франклин последним протиснулся в дверь. Возможно, втайне он рассчитывал подшутить и посмеяться над лектором. Но был зачарован, а потом и окончательно покорен бледными электрическими искорками, которые доктор Спенсер извлекал из повидавшей виды машины и лейденской банки. А когда он – здоровяк и силач, подпрыгнув от неожиданности, едва не свалился на пол, испытав «электрический удар», судьба его была решена. Богач, общественный и политический деятель, он семь последующих лет своей жизни отдал электрическим исследованиям. Что такое семь лет для обыкновенного человека? Ничтожный срок! Но Франклин был от природы исключительно талантливым человеком. И он успел за это время сделать столько, на что другому не хватило бы и семидесяти лет.
По своему характеру Франклин был практиком. На науку он смотрел как на подспорье человеку в его деятельности. Он занимался исследованиями по теплотехнике и изобрел экономичную «франклиновскую печь», изучал распространение скорости звука в воде и придумал оригинальный музыкальный инструмент. Назначенный почтмейстером сначала Филадельфии, а потом и всех тринадцати североамериканских колоний Англии, он заинтересовался вопросом: почему почтовые суда из Америки в Европу ходят быстрее, чем в обратном направлении, и, собрав записки и замечания китобоев Коннектикута, составил первую в истории науки карту течения Гольфстрим. Но ни одно из этих увлечений не шло даже в сравнение с тем рвением, с каким он отдался электрическим опытам.
Для начала он купил, изрядно поторговавшись, весь «кабинет» – все оборудование доктора Спенсера и увез к себе. Затем научился обращаться с электрической машиной и лейденскими банками и обнаружил, что если на заряженном кондукторе машины укрепить заостренный металлический прут, то электричество с кондуктора стекает постепенно, без искровых разрядов. Это было интересно.
Электрическая машина времен Франклина
Он всегда работал увлеченно. О результатах своих опытов писал в Лондон, члену Лондонского королевского общества Питеру Коллинсу, который тут же докладывал о них на заседаниях общества. Франклин установил, что в работе лейденской банки главная роль принадлежит вовсе не металлическим обкладкам, а диэлектрику – непроводящему веществу, разделяющему обкладки, и что заряды на обкладках банки равны друг другу и противоположны. Он писал, что, когда электричество передается внутренней обкладке банки, оно вытесняет из наружной обкладки на землю равное количество электричества, в результате чего банка оказывается заряженной.
Идеи Франклина были приняты весьма сочувственно европейскими учеными, не имевшими в то время никакой теории для объяснения заряда лейденской банки.
В письме от 1747 года Франклин предложил свою теорию электричества. Он считал, что существует некий электрический флюид – тончайшая жидкость, которая пронизывает все тело. Частицы электрического флюида отталкиваются друг от друга, но притягиваются частицами тел. При этом если в теле появляется избыток электрической жидкости, то оно оказывается наэлектризованным «положительно». Этим термином Франклин предлагал заменить «смоляное» электричество Дюфе. А если в теле существует недостаток электрического флюида, оно наэлектризовано «отрицательно». Отрицательным он предлагал называть «стеклянное» электричество Дюфе. Таким образом, единая электрическая жидкость как бы определяла два состояния тел – положительную и отрицательную электризацию. При этом предполагалось, что создавать электрическую жидкость ничто не может. Все дело только в ее перераспределении между телами.
Громоотвод на башенке дома
Франклин всегда интересовался метеорологией. И мысль о том, как защитить дома колонистов от пожаров, вызванных частыми грозами, не раз тревожила его практический ум. Увидев, как металлический штырь спокойно сводит электрический заряд с лейденской банки на землю, Франклин задумался: «Если считать молнию большой электрической искрой, то нельзя ли с помощью длинного острого металлического шеста разряжать тучи, как лейденские банки, сводя опасные заряды на землю?» Для этого прежде всего следовало убедиться, что небесное электричество и электричество, получаемое от машины, – одно и то же.
И в один из ветреных дней, когда низкие тучи предвещали грозу, Бен соорудил из шелкового платка большого воздушного змея и запустил его под облака. К концу бечевки он привязал металлический ключ, а к ключу, в целях безопасности, – шелковую ленту, за которую держался сам. По шелку электричество не передавалось.
Скоро веревка намокла. Где-то вдалеке громыхнул первый гром. Франклин осторожно поднес к ключу лейденскую банку, и длинная голубая искра клюнула центральный электрод. «Браво! Есть электричество! Я его отнял у неба!» Он заряжал одну банку за другой, убеждаясь, что небесное электричество, добытое змеем, ничуть не отличается от производимого трением. «Прекрасно! Больше я не позволю небесному огню сжигать дома и корабли, убивать людей и наносить ущерб обществу. Заостренные шесты сведут молнии на землю!» Франклин начал кампанию за повсеместную установку громоотводов.
Громоотвод изобрел Франклин. Правда, в литературе есть сведения, что уже в Древнем Египте жрецы ставили возле храмов обитые медью высокие шесты, которые отводили якобы молнию от храмовых кровель. Так это или нет, проверить сегодня трудно. Особенно если учесть, что Египет не лежит в полосе частых гроз. Правда, там они все-таки случаются. А вот в полярных районах, выше восемьдесят второй параллели северной широты и пятьдесят пятой – южной, гроз по статистике почти не наблюдается. В средних широтах число грозовых дней колеблется между двадцатью и сорока за год, а в тропиках, особенно в экваториальной зоне, дней с грозами бывает до ста пятидесяти за год! Впрочем, климат – штука сложная. Говорят, на острове Ява, что в Малайском архипелаге, общее число гроз за год достигает чуть ли не полутора тысяч. Здесь в течение суток они бушуют по нескольку раз, и день без грозы – большой праздник. Но даже если наши предки и умели устраивать грозозащиту, то нужно сказать, что ко времени Франклина успехи в этой области были прочно забыты.
Свою теорию громоотвода Франклин изложил в письме в Королевское общество от 17 сентября 1753 года. Он предлагал ставить возле домов заостренные железные прутья, поскольку острие станет «высасывать» электричество из облаков мало-помалу и не допустит образования молнии. Да и сама молния, если дать ей путь «надлежащей проводимости», спокойно уйдет в землю, не сжигая и не разрушая строений.
