Загадки электричества: читать начало книги онлайн

2. Почему на другой день мне не удалось обнаружить электризации листьев того же дерева?

О Phytolacca Electrica была помещена заметка в № 7 журнала «Электричество» за 1886 г., но эта заметка не была подтверждена в научной литературе. Я не хочу сказать, что это была одна из американских уток. Возможно, что наблюдатели присутствовали при том же самом явлении, о котором мы сейчас будем говорить.

Читатель, несомненно, догадался, в чем заключалась причина электризации дерева и его листьев. Сильная электризация верхних слоев атмосферы во время грозы (или перед грозой) возбуждает во всех предметах на Земле благодаря индукции электричество. Электричество, одноименное с зарядом тучи (или просто с зарядом верхних слоев атмосферы), отталкивается тучей в землю, а противоположное притягивается тучей и скопляется на высшей точке предмета, где оно и достигает наибольшей плотности. Очевидно, что при подходящих условиях листья дерева, особенно на его вершине, должны оказаться наэлектризованными. Но рука наблюдателя, протянутая к этим листьям, также будет наэлектризована благодаря влиянию того же заряда тучи. Понятно, что знак заряда на руке и на листьях будет один и тот же.[7]

Все эти наблюдения над электризацией предметов от действия электрических зарядов в атмосфере носят, к сожалению, очень случайный характер и не имеют, строго говоря, научной литературы. Но следует заметить, что разбираемый случай электризации листьев дерева действительно имел место в Гаграх (Черноморское побережье) 7 июля 1906 г.

Кроме того, хотелось бы также указать, что вообще, надо полагать, не существует такого процесса, такого явления в природе, которое бы не сопровождалось образованием электричества. Уже доказано экспериментально, что большинство физиологических процессов сопровождается появлением свободных электричеств. Поэтому не следует думать, что в растении, как одной из форм живого организма, не происходят электрические явления. Наоборот, они, безусловно, имеют место, но они не могут быть обнаружены такими грубыми приемами, к которым прибегнул наш товарищ.

После недельного перерыва мы снова собрались вместе и с удовольствием выслушали сообщение одного нашего товарища.

– Мы знаем, – начал он, – что электричество распределяется только по поверхности проводника. На поверхности шара, который имеет всюду одну и ту же кривизну, плотность электричества будет одинаковая. Но на любом другом теле плотность электричества будет больше на тех местах, где больше кривизна тела, т. е. на более угловатых и острых частях тела. Чем острее выступ на теле, тем большая плотность электричества будет на нем. На острие плотность достигнет такой большой величины, что воздух перестает уже удерживать электричество на нем. «С острия происходит истечение электричества в воздух, и проводник, соединенный с острием, моментально разряжается». Такую фразу мы читали во многих учебниках.

Теперь я расскажу вам мою любопытную

Задачу № 19

Об острие

– Я ставлю на стол электроскоп. Он, безусловно, не заряжен. Теперь я беру кусочек проволоки, заостряю один ее конец напильником, а другой приматываю к стержню электроскопа. Затем беру ламповое стекло и сильно его электризую. Смотрите: я подношу к острию (на расстоянии 10 см) наэлектризованное стекло, и листочки электроскопа моментально расходятся. Это понятно – индуцированное в стержне электроскопа положительное электричество отталкивается в листочки, а отрицательное стекает с острия. Но вот что совершенно непонятно: я отвожу ламповое стекло от электроскопа, и листочки остаются поднятыми. Вы скажете, что в этом нет ничего удивительного, раз мы зарядили электроскоп. Но, товарищи, это очень удивительно: ведь заряженный электроскоп сообщен с острием, следовательно, он должен моментально разрядиться.

Мы говорим: «с острия стекает электричество», «на острие плотность электричества наибольшая». Но ведь острия могут быть самые различные: острие имеют гвоздь, перо, булавка, иголка, хирургические иглы. Степень заостренности у них будет далеко не одинаковая – наименьшая у гвоздя, наибольшая у хирургической иглы. Наспех сделанное острие из проволоки может быть вовсе не такой большой кривизны, чтобы плотности электричества достигали таких огромных величин, при которых все электричество должно с него стечь. Необходимо помнить, что чем тоньше острие, тем сильнее разряжает оно проводник. Но может возникнуть другой вопрос: почему же тогда стекает с нашего острия отрицательное электричество? Но ведь отрицательное электричество с большой силой притягивалось ламповым стеклом и благодаря этому могло достичь на острие большой плотности.

– У меня, товарищи, также есть вопрос, – сказал самый молодой член нашего кружка. – Все мы знаем, что действие громоотвода основано на свойстве острия. Электричество стекает с острия громоотвода и нейтрализует заряд тучи. Если же заряд тучи слишком велик и острие не в состоянии его разрядить, то часто туча разряжается в форме молнии, но, попадая в металлический громоотвод, она находит себе такой хороший проводник, что оставляет неповрежденными все окружающие предметы. Высокое лиственное дерево также представляет более или менее удовлетворительный проводник, обладающий до известной степени даже свойством острия. Вот здесь-то для меня и скрывается

Задача № 20

О древесных громоотводах

Многовековой опыт показывает, что молния чаще всего ударяет в высокие лиственные деревья, главным образом в одиноко растущие. Следовательно, такие деревья представляют для атмосферного электричества особенно удобный путь, как и громоотводы. Но почему же человека, застигнутого грозой, предупреждают, чтобы он не скрывался под деревьями, особенно под высокими и особенно под одиноко стоящими? Ведь молния по дереву должна пройти в землю. При чем же тут рядом стоящий человек? Почему громоотвод отводит от человека молнию, а дерево, наоборот, привлекает ее к нему?

Ни в коем случае нельзя думать, что если сесть во время грозы «под громоотвод» (вместо дерева), то он всегда защитит вас от удара молнии. Дело даже не в том, что заряд «почему-то выбирает себе путь в землю через ваше тело» вместо очень хорошего проводника – «громоотвода». Если вы будете стоять на небольшом расстоянии от громоотвода (десятки сантиметров), то в вашем теле в момент разряда образуется индуцированное электричество столь большой напряженности, что между ним и зарядом громоотвода легко может произойти разряд в виде искры. При постройке громоотвода обращают серьезнейшее внимание на то, чтобы вблизи него не было больших металлических масс, в которых бы индуцировались значительные количества электричества. Все эти соображения применимы и к высоким одиноким деревьям. Если вы стоите в степи на расстоянии десятка метров от одинокого дерева, то, несомненно, вы лучше защищены от удара молнии, чем в том случае, если бы вообще никакого дерева не было. Однако этот вопрос осложняется некоторыми обстоятельствами. Так, например: поскольку пространный лес может действительно оказывать сильное влияние на заряд тучи, в смысле его нейтрализации, постольку одно дерево практически не даст никаких результатов. Следовательно, отвратить удар молнии дерево, вообще говоря, не может. Это и понятно – нельзя же предполагать, что с дерева истечение электричества происходит так же интенсивно, как с острия громоотвода. Кроме того, само дерево (даже лиственное) во много раз худший проводник, чем металл, следовательно, когда вблизи него находится человек, тело которого представляет собой проводник того же порядка, что и дерево, то естественно можно ожидать, что молния в некоторых случаях изберет себе путь через тело человека.

Следует сделать еще одно замечание.

Самые лучшие проводники оказывают огромное сопротивление так называемым колебательным разрядам, а молния представляет собой именно такой колебательный разряд.

Подробности и объяснение колебательного разряда читатель найдет дальше, в этой же книге.

– У вас весело, товарищи, – сказал новый член нашего кружка, – но некоторые вопросы вы уж очень поверхностно решаете. Например, хотя бы вопрос задачи № 18. Мы знаем, что переход электричества с одной точки проводника в другую или из одного проводника в другой возможен лишь в том случае, если эти точки (или тела) имеют разные степени электризации, или, как говорят, разные[8] потенциалы. По-видимому, вы забыли об этом, так как в противном случае я не мог бы сейчас дать вам

Задачу № 21

Уличившая нас в небрежности

– В американской заметке сказано, что при поднесении руки к вновь открытому растению из него перескакивает в руку искра. Вы пытаетесь объяснить это тем, что в растении и в руке индуцировались (от заряда тучи) электричества.

Я утверждаю, что это совершенно неправильное, грубо невежественное объяснение.

Несомненно, наш новый товарищ был прав, когда обрушился на нас со своей критикой. Ввиду того что рука и лист (или ветка) в момент касания находятся, собственно говоря, в одном месте, их потенциалы должны быть равны. При таком условии никакого перехода электричества между рукой и растением не может быть. А так как искра есть результат именно движения электричества (электрический скачок), то понятно, что она при указанных условиях не может возникнуть.

Мы были очень благодарны за это указание нашего товарища.

– Признаюсь, – сказал кто-то из нас, – что понятие потенциал вообще не очень близко мне. Например, я знаю, что потенциал проводника пропорционален его заряду, т. е. количеству электричества, сообщенному ему. Но почему же тогда при одном и том же проводнике и при постоянном количестве электричества потенциал меняется от… да вы лучше просто решите

Задачу № 22

О стоячем и сидячем человеке

Я становлюсь на изолированную скамейку. Шея моя соединена проволочкой с чувствительным электроскопом, который чаще называют электрометром. Теперь зарядите меня посильнее: листочек электрометра приподнялся. Я опускаюсь на скамейку и сажусь на нее (рис. 6). Листочек электрометра заметно поднялся выше. Так как по величине угла отклонения листочка мы судим о величине потенциала, то очевидно, что потенциал моего стоячего тела был меньше, нежели сидячего. Какая же причина вызывает это явление, если количество электричества и в том и в другом случае одно и то же, а мое тело, конечно, также при этом не изменяется?

Рис. 6. Я сажусь на скамейку со стеклянными ножками – и листочки электрометра расходятся, встаю – и они снова опускаются

Тут уж мы все начали упрекать товарища, который забыл, что потенциал зависит не только от величины заряда, но и от электроемкости тела. Эта зависимость выражается формулой

[7] Плотность электрического заряда на поверхности проводника определяется количеством электричества на единице площади (на 1 кв. см).

[8] Степень электризации тела (в учении об электричестве) следует понимать так же, как мы понимаем степень теплового состояния тела, именуемую нами температурой.