Этим постом, дорогие друзья, начну цикл публикаций статей из книги "Мир физики" Марка Колтуна. Это была одна из самых любимых моих книг в детстве, особенно раздел про электричество. Вот про него, родное, и буду размещать статьи. Но с учётом обретённых за прошедшие годы знаний, ну и, конечно, возможностей интернета решила, что имеет смысл немножко дополнять статьи и изображениями, и некоторой информацией. Так что вначале буду приводить исходный текст с родными, из книги, картинками (правда, сделаю им улучшайзинг, чтоб посимпатичнее было), а затем буду добавлять комментарии по теме.
Ну что ж, приступим!
Всякое творчество, как в науке, так и в искусстве, рождается у человека из чувства неудовлетворенности действительностью. Ученый недоволен существующей теорией и уровнем знания в его области науки...
П. Л. КАПИЦА
Сто восемьдесят королевских гвардейцев в парадных мундирах в Версале в присутствии его величества короля Франции берутся за руки и образуют большой круг. Читатель будет удивлен, но мы присутствуем при одном из публичных опытов с электричеством, столь модных во второй половине XVIII века.
В середине XVIII века была случайно открыта так называемая «лейденская банка», вероятно, первый в мире конденсатор, накопитель больших количеств электричества.
Петер Мушенброк, профессор математики из Лейдена, обнаружил, что в стеклянной банке с остатками ртути и вставленным через пробку длинным гвоздем «пойманное» электричество может сохраняться довольно долго. Банку иногда укутывали металлической фольгой — гвоздь и фольга служили обкладками конденсатора, стекло их разделяло и хранило заряды.
Зарядить лейденскую банку электричеством можно было с помощью особой «электрической машины» Герике, представлявшей собой шар из серы, насаженный на железную ось. Шар быстро вращали, прикосновение к нему руки или ременной передачи приводило к возникновению, как мы теперь говорим, электростатических зарядов. Железную ось Герике и гвоздь, воткнутый в лейденскую банку, легко соединить металлическим проводом — и в банке накопится достаточно много электричества, которое можно к тому же носить с собой...
Электрическая цепь из ста восьмидесяти гвардейцев по команде «замыкалась» через лейденскую банку: на одном конце цепи первый гвардеец дотрагивался рукой до металлической фольги, в которую была завернута банка, а на другом конце гвардеец, последний в цепи, прикасался к гвоздю, торчавшему из пробки. Сильный электрический удар мгновенно чувствовали все гвардейцы!
«Было курьезно видеть,— писал очевидец этого опыта,— разнообразие жестов и слышать вскрики, исторгаемые неожиданностью у большей части получающих удар».
Мы не случайно назвали все происходившее «опытом». То был, несомненно, научный опыт, доказавший без ведома и желания участников не только достаточно высокую проводимость человеческого тела по отношению к электрическому току, но и даже один из законов электрических цепей, который будет установлен в лаборатории век спустя — при последовательном соединении большого числа проводников электричества во всей цепи течет одинаковый электрический ток.
Король Франции дважды присутствовал на «электрическом представлении». Маловероятно, что желание второй раз увидеть это зрелище было вызвано научной любознательностью монарха. Скорее, ему хотелось еще раз посмотреть на «разнообразие жестов» и услышать «вскрики»...
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО СПУСКАЕТСЯ С НЕБА
В античной Греции философ Фалес, натирая меховой шкуркой янтарь, кусочек окаменевшей смолы хвойных деревьев, с удивлением наблюдал, как янтарь после этого начинал притягивать к себе перья птиц, пух, сухие листья. Недаром через несколько тысячелетий ученые станут называть элементарную частицу, несущую единичный электрический заряд, греческим словом «электрон», означающим в переводе «янтарь».
В V веке до нашей эры вблизи древнего города Магнезия, расположенного на территории современной Турции, часто находили удивительные «путеводные» камни. Подвешенные на длинных нитях, эти обычно продолговатые камни (мы теперь понимаем, что то были кусочки магнитной руды) всегда указывали одно и то же направление.
Много свидетельств оставили нам древние историки о наблюдавшихся ночью в горах или на мачтах кораблей переливающихся холодных огнях. Их видел на копьях солдат во время ночного похода через горы достаточно внимательный свидетель — древнеримский полководец Юлий Цезарь. О них вспоминали знаменитые мореплаватели Колумб и Магеллан. Похожие огни «плясали» на высоком шпиле церкви святого Эльма в одном из городов Франции...
Начиная научные исследования электричества, ученые довольно быстро поняли, что все эти таинственные огни вызваны атмосферным электричеством. Облака во время грозы — плавающие в воздухе огромные электрические конденсаторы. Ослепительная молния, возникающая при слишком тесном сближении природных накопителей электроэнергии, наглядно показывает, как много электричества может быть в небе у нас над головой.
Конечно, сейчас, зная строение вещества, легко объяснить, как образуются в воздухе электрические заряды. Ультрафиолет Солнца обладает достаточной энергией, чтобы оторвать от молекул и атомов некоторых газов, составляющих воздух, свободные электроны. В высоких слоях атмосферы образуется смесь (получившая название разреженной плазмы) электронов и положительно заряженных ионов — остатков молекул и атомов, лишившихся некоторых из своих электронов. Частицы пыли, туман, грозовые облака и тучи неизбежно привлекают к себе заряженные частицы. Особенно быстро притягиваются легкие электроны... А с «начиненного» электричеством облака заряды при любом удобном случае стекают на другие предметы. Ночью в неподвижном воздухе они делают это тихо и спокойно, вызывая легкое свечение на копьях воинов, мачтах кораблей и шпилях церквей; во время шторма или бури заряды «срываются» с облаков громко, с шумной яростью — возникает грозовой разряд, или молния, которая может вызвать пожары, разрушить дома, сломать деревья.
Перед исследователями электричества открылись три заманчивые дороги: изучать атмосферное электричество, понять, как проходит электрический ток через живой организм, и простой, менее романтичный, но зато более определенный путь экспериментов в лаборатории.
Изучение грозного атмосферного электричества требовало, конечно, отчаянной смелости, особенно в те далекие годы восемнадцатого столетия, когда не существовало ни измерительных приборов, ни изолированных проводов, ни представления о том, как электрический ток сделать безопасным...
Пытаясь зарядить «небесным» электричеством во время грозы лейденскую банку, погиб верный помощник Ломоносова — Рихман. Сам Михаил Васильевич во время этих опытов тоже не раз подвергался смертельной опасности. Но новое влекло неудержимо. Недаром Ломоносов записывал в дневнике: «Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением». И планировал все новые и новые эксперименты по изучению действия электрической «силы»: «Будет ли наэлектризованное олово плавиться при меньшей степени огня?»; «Каков будет цвет электрических искр и пламень, вызванный в растворах солей и в соляных жидкостях?»; «Наблюдать, способствует ли электрическая сила кристаллизации или мешает»; «Ускоряет ли осаждение электрическая сила?».
Как мы видим, задолго до изобретения компактных и удобных источников электрического тока — гальванических, или, иначе, электрохимических батарей — родоначальник отечественной науки намечал опыты по осаждению одних материалов на другие с помощью электрического тока! Ломоносов предвосхитил метод электроосаждения, или, как его еще называют, гальванопластики, который изобретет почти через сто лет другой российский академик — Борис Семенович Якоби.
На другом конце земного шара, в Америке, в те же годы XVIII века работал ученый, столь же разносторонний, как Ломоносов,— Бенджамен Франклин. Русский и американский исследователи не были знакомы друг с другом, но их роднило многое. Оба, например, писали остроумные стихи, увлекались искусством и примерно в одно и то же время занялись изучением... атмосферного электричества.
К счастью, очень рискованные опыты Франклина окончились благополучно для него. Ведь он тоже решил вызвать молнию на себя, запустив во время грозы высоко в небо воздушного змея, которого держал на влажной бечевке. Вода проводит электричество, и если молния имеет электрическую природу, то она спустится, подумал Франклин, по мокрой веревке, как по металлическому проводу. И молния действительно послушно ударила в землю рядом с Франклином!
Дополнение
Лейденская банка - фактически такой старинный конденсатор, позволяла накапливать заряд порядка микрокулона, что, в общем-то, уже немало. А если их собрать в батарею, то возможностей для опытов и исследований становится ещё больше. Подробнее можно почитать, например, тут.
Другой интересный объект - "электрическая машина" Герике. Суть: шар из серы нанизан на металлическую ось, с помощью привода его крутят, а кто-то другой прикладывает к шару руки (как на первой картинке с лейденской банкой), и за счёт трения на поверхности возникает электрический заряд. Так что это больше электростатическое устройство, чем полноценная электромашина, но свою роль в изучении электричества, несомненно, сыграла. А сам Герике, оказывается, очень интересный учёный, почитайте, рекомендую.
И видосик вам с такой машинкой. Что дядька говорит, не очень понятно, что-то про электростатику, хотя и так видно, как наэлектризовывается пушинка. Ну и не ладошки прикладывают к шару, а мех, но принцип тот же.
Дальше вопрос про глобус и Ломоносова. Оказывается, это Большой академический глобус, который привёз ещё Пётр I. Фишка в том, что снаружи это глобус Земли, а если зайти внутрь, то карта звёздного неба. В 1747 г. он пострадал при пожаре, и восстанавливали его уже позже под руководством Ломоносова как ведущего картографа Российской империи. Почитать можно здесь на рувики и вот в этой интересной статье об истории картографии.
И последнее дополнение - а что ж за картину в тему к Франклину привели? Это литография картины Дж.П.А. Хили "Франклин, отстаивающий претензии американских колоний перед Людовиком XVI". Цитата с откуда-то: "На картине изображён Бенджамин Франклин 20 марта 1778
года в ранге американского посла, который предстаёт перед Людовиком XVI.
Франклин и Людовик XVI скрепляют союз, направленный против Англии."
Почему редакторы выбрали именно её для книги, непонятно, но картина сама по себе хорошая.
Надеюсь, этот историко-электрический экскурс был интересным. Если так, поддержите, пожалуйста, публикацию лайкосиком и комментом, чтобы алгоритмы понимали, что другим людям это тоже может быть интересно. Ну а если, есть что добавить, тем более пишите в комментариях.
Кстати, картинок несчастных гвардейцев, битых током, мне найти не удалось. Если вдруг кто хорошо освоил ИИ и может сгенерировать такую картинку, пришлите, пожалуйста, в комментарии. Я б в статью её потом добавила.
Спасибо за уделённое внимание. Всем тепла и света!
#электричество #физика #история #техника #энергетика #энергия #молния