Загадки электричества: читать начало книги онлайн

Вы спросите: почему?

Но в этом-то и состоит моя задача.

Представьте себе, что на поверхности Земли лежат три шара одинакового диаметра из железа, камня и дерева. Если вес железного шара принять, скажем, равным 8 кг, то вес каменного будет равен приблизительно 3 кг, а деревянного – лишь 0,5 кг. Так как при электризации Земли все три шара получат одинаковый заряд (заряд шара пропорционален его радиусу при одинаковом потенциале), то, очевидно, сила их электрического отталкивания будет также одинаковой. Если сила отталкивания будет в точности равна силе тяжести каменного шара, т. е. 3 кг, то, очевидно, она будет недостаточной для того, чтобы сделать невесомым железный шар, и чрезмерно велика для деревянного, который и улетит в пространство.

Однако если мы даже возьмем два каменных шара разной величины, то и тогда мы не получим одинакового действия. Возьмем, например, второй каменный шар в два раза большего радиуса. Его электроемкость будет также в два раза больше, а следовательно, для доведения его потенциала до потенциала Земли (или первого шара) потребуется в два раза большее количество электричества, которое и не замедлит ему передать Земля. (Вспомним, что электричество с одного тела переходит на другое до тех пор, пока не сравняются их потенциалы.) Следовательно, второй шар будет отталкиваться от Земли с силой в два раза большей, чем первый, т. е. с силой 6 кг. Казалось бы, все обстоит благополучно: второй шар тяжелее первого, но зато он отталкивается с большей силой. К сожалению, вес второго шара увеличится не вдвое, а в 8 раз, так как вес пропорционален объему, а объем пропорционален кубу радиуса. Понятно, что сила отталкивания, равная 6 кг, не может сделать невесомым шар в 24 кг.

Таким образом, наш грандиозный проект оказался никуда не годным не только с практической, но и с теоретической точки зрения. Электрическому отталкиванию невозможно бороться указанным способом с силой тяготения, потому что первое будет пропорционально радиусу тела, а вторая – радиусу в кубе.

От покоя к движению

– Все то, о чем мы говорили до сих пор, – очень интересно, – сказал самый молодой член нашего кружка, – но я хотел бы затронуть один, на мой взгляд, важный и основной вопрос, на котором мы почти совсем не останавливались. Я говорю о свойствах электричества, о признаках электрического состояния тела.

Задача № 28

О чем говорят наши учебники

В одних учебниках я читал:

А в других книгах говорится:

Как же, товарищи, согласовать подобные определения?

Свойством неподвижного электричества является, конечно, только притяжение и отталкивание тел. Самый простой случай движения электричества – это, например, передача заряда одного проводника другому. Если проводники не сближены вплотную, то этот переход сопровождается «искрой». Эта простейшая форма движения электричества через воздух любопытна тем, что здесь возникают одновременно все известные нам формы энергии. Скачок электричества сопровождается светом, звуком, теплотой, механической энергией, химической и др.

Выслушав объяснение, наш товарищ не удовлетворился им.

– Может быть, товарищи, вы и правы, но я должен вам откровенно сказать, что для меня ваше объяснение слишком формально, слишком отвлеченно. Я нигде в природе не могу подыскать подходящую аналогию. Электричество в покое обладает одними свойствами, а электричество в движении – другими! Это легко сказать, но понять мудрено. Представьте себе, что я сказал бы вам то же самое, ну, скажем, о кусочке свинца, который сейчас лежит передо мною.

Задача № 29

О движущемся свинце

Этот кусочек свинца, который я кладу перед вами, приобретает совершенно новые свойства, если ему сообщить движение.

Что вы на это скажете, товарищи?

Этот вопрос вызвал весьма горячие разговоры. Наш кружок разделился на две партии.

– Безусловно, свойства свинца изменятся, если ему сообщить движение, – говорила одна группа. – Какими свойствами обладает кусочек лежащего свинца? Металл серебристо-серого цвета, почти без всякой упругости, слабо теплопроводный, легкоплавкий, с определенным весом и теплоемкостью и т. д. Но есть ли среди этих свойств такое, которое, например, заставило бы вас бояться этого маленького серого кусочка? Конечно нет. А как вы отнесетесь к тому, если мы вложим наш кусочек свинца в дуло ружья и, зарядив его, направим на вас и скажем: «Руки вверх!»

Не правда ли, кусочек свинца, выпущенный из ружья, будет иметь уже другие свойства? Он приобретет механическую энергию и будет обладать свойством пробивать преграды. При пробивании преграды или просто при встречном препятствии этот кусочек свинца станет источником тепловой энергии. Вспомните, как сильно нагреваются (даже раскаляются) стальные мишени, когда в них стреляют артиллерийскими снарядами. А выстрелите этим кусочком свинца в гремучую ртуть, в динамит, в смесь бертолетовой соли с серой – они взорвутся. Как видите, наш кусочек свинца вызвал химические процессы. Наконец, разве вы не испытываете «болезненного ощущения» при пронизывании вашего тела этим же кусочком свинца?

Итак, движущийся кусок свинца приобрел не только новые свойства, но даже такие, которые соответствуют свойствам движущегося электричества.

– Ну, товарищи, – запротестовали наши противники, – у вас тут и натяжки, и подтасовки, да и по существу вы говорите не совсем на тему. Вы утверждаете, что удар свинца вызывает химические реакции в некоторых составах. Но ведь вы нарочно берете так называемые, взрывчатые смеси, воспламеняющиеся от удара, которых всего-то наберется десяток-другой. Ну а все остальное бесчисленное количество тел? О них что вы скажете? Но мы имеем и более серьезное возражение – вы говорите: кусочек свинца приобрел новые свойства. Мы возражаем: кусок свинца остался с теми же свойствами, какие были у него в неподвижном состоянии. Его цвет, вес, теплоемкость и все остальные характерные признаки нисколько не изменились от движения. Новые явления дало движение, а не свинец. Разве не теми же самыми свойствами будут наделены любые двигающиеся тела, любое вещество: железо, камень, дерево, вода, воздух и т. д.?

На все эти возражения у нас имелись свои доводы.

– Вы говорите, что мы нарочно подбираем такие вещества, в которых возникают химические реакции от удара, что огромное большинство тел не претерпевает от удара никаких химических изменений. Это верно, но как вам известно, движущееся электричество, электрический ток, также не вызывает химических изменений в огромном количестве веществ. Так что: как движущийся кусок свинца, так и движущееся электричество вызывают химические процессы в небольшом количестве тел. Но мы особенно благодарны вам за вашу поправку. Конечно, новые свойства движущегося свинца принадлежат не ему, а движению. Конечно, с качественной стороны будет совершенно безразлично, какое именно тело двигается. Для нас важно само движение. Но ведь об этом-то мы как раз и говорили в задаче № 29, когда разбирали вопрос о неподвижном и движущемся электричестве. И там дело было не в самом электричестве, а в его движении. Конечно, смешно думать, что летящая пуля может произвести все те действия и с той же яркостью и силой, как поток электричества. Но ведь между ними есть, помимо других существенных отличий, еще огромная разница в скорости. Можно ли предполагать, что пуля или пушечное ядро, летящее со скоростью 1000 м в 1 сек., может произвести тот же эффект, как электричество (ток), несущееся со скоростью 300 000 км в 1 сек.?

Приведенный выше спор нашего кружка требует некоторых замечаний.

Есть основание предполагать, что свойства движущегося тела будут изменяться в зависимости от скорости движения. Мы еще очень мало думали о том, какие свойства приобретает пуля и что станет с ней самой при скорости в 300 000 км в 1 сек., но независимо от этого, конечно, неразумно предполагать, что свойства движущегося тела и электричества могут быть тождественны. Весь этот спор был приведен исключительно с целью уяснить и дать прочувствовать коренное отличие и глубокое единство в свойствах статического электричества и электрического тока. Аналогии, как уже говорилось, никогда не претендуют на доказательства.

Проспорив несколько дней на эту тему, мы невольно так подчеркнули сами перед собой все удивительные свойства движущегося электричества (электрического тока), что нам всеми силами захотелось подробнее ознакомиться с ними на практике, а не по книжкам. Мы не задумывались над тем, что у нас нет почти никаких приспособлений и приборов. Мы, собственно, даже не подумали и о том, что задача № 29 открывает нам новый отдел электричества, вводящий нас в самую гущу нашей промышленной и домашней техники. Электрическая лампочка, светившая на наши головы, и телефонный звонок в соседней комнате напомнили нам об этом. Председатель нашего кружка торжественно провозгласил:

Задача № 30

Первая загадка калильной лампочки

Перед вами горит экономическая лампочка на 5 свечей. Для того чтобы она не слепила ваши глаза, я заслоню ее книгой так, чтобы вам оставался виден только один крайний ее волосок. Вы ясно видите, что он натянут совершенно прямо. Теперь я подношу к нему наэлектризованный конец лампового стекла. С волоском от этого ничего не происходит. Тогда я отодвигаю стекло, и в тот же момент волосок сильно выгибается в ту сторону, где было ламповое стекло (рис. 7).

Я подношу вторично наэлектризованное стекло к тому же волоску. Вы замечаете, как он по мере приближения стекла выпрямляется, пока не становится совершенно прямым. Я удаляю стекло, и волосок вновь начинает выгибаться, тем больше, чем больше я удаляю от него стекло.