Александр Харс - Я познаю мир. Естествознание

Вещества состоят из молекул, которые могут быть составлены из разных или одинаковых атомов. То, что одно тело можно зарядить, если в нем будет избыток или недостаток электронов, не очень хорошо сочетается с нашими рассуждениями об атомах и молекулах. Значит ли это, что на самом деле атом все же можно разбить на еще более мелкие части?

Не все предметы можно зарядить, натирая их руками или шелком. Это вполне удается со стеклом и резиной, но плохо получается с металлическими шариками. Есть вещества, по которым электрический ток движется свободно. Их называют проводниками и используют для передачи электричества. Это разнообразные металлы – железо, медь, алюминий. Лучше других проводят ток серебро и платина. Другие вещества, наоборот, проводят ток очень плохо и поэтому называются изоляторами. Их используют для того, чтобы защититься от возможного прохождения тока. Например, изоляторы на электрических столбах делают из фарфора или стекла.

Считается, что атомы все же имеют внутреннее строение. Самый простой атом имеет ядро с положительным зарядом, а вокруг него с огромной скоростью двигается отрицательно заряженный электрон. Если по веществу начинает идти ток, электроны снимаются с места и несутся в сторону положительного заряда, потому что разряженные частицы с разным знаком заряда (+ и –) притягиваются.

Схема строения простейшего атома

Долгое время не было способа получить электрический заряд большой силы искусственно.

В 1650 году Отто фон Герике, известный также как изобретатель насоса, придумал машину, которая могла давать искры длиной несколько сантиметров. Он облил стеклянный шар изнутри расплавленной серой и, когда она затвердела, разбил стекло. После этого он укрепил серный шар на подставке так, чтобы его можно было вращать рукояткой. Теперь, вращая шар и прикладывая к нему кусок кожи, можно было добиться появления искры.

Это изобретение было важным шагом вперед, но не решало проблему запасания электричества. Переворот произошел с изобретением знаменитой Лейденской банки. Эта банка и бутылки для хранения электричества были использованы для разных целей. Для изоляции запасенного электричества использовали сосуды из стекла. Если сквозь пробку сосуда удавалось просунуть гвоздь и вращать его, через некоторое время можно было достичь определенных результатов. После вращения гвоздя достаточно было держать в одной руке бутылку, а другой коснуться гвоздя, как человек испытывал удар тока.

Опыты Отто фон Герике

Некоторые использовали емкости побольше и приходили в себя только через несколько дней. Удар тока доставлял людям новые ощущения. Весть о новых чудесах очень быстро разнеслась по Европе. Банку стали использовать и для того, чтобы неожиданно «ударить» знакомого.

Прошло еще некоторое время, и люди поняли, что можно запасти гораздо больший заряд, если банку выложить изнутри и снаружи материалом, который хорошо проводит ток, например, металлической фольгой. Еще позже было обнаружено, что если гвоздь и внутренняя стенка соединены хорошим проводником, то банка будет заряжаться. Прикосновение вызывало разрядку банки. Соединение нескольких банок давало еще лучшие результаты. Франклин использовал батарею из двух банок для того, чтобы убивать индюшек и другую птицу.

Древние римляне считали, что молнии – это стрелы бога Юпитера. Несмотря на то что сегодня этому дают другое объяснение, удивление и страх – обычные спутники людей во время грозы с сильными молниями. Это действительно величественное зрелище, поэтому, вероятно, вокруг молний возникло столько легенд.

Ученые некоторое время считали, что молния – это обыкновенная искра, проскакивающая между облаками и Землей. Однако чтобы проверить это, нужно было посадить молнию в Лейденскую банку. Для ловли молний исследователи пользовались металлическими шестами высотой несколько метров. Те, кто наблюдал за процессом, видели искры по 4 сантиметра. Это, конечно, был безрассудный и опасный эксперимент, который вряд ли кто–нибудь отважится повторить. Первые ловцы молний остались невредимы, но некоторые из их последователей были убиты молниями.

Однако Франклина не убедили результаты этих опытов, потому что шесты для ловли молний не доставали до облаков. Он решил достать до облака при помощи воздушного змея. Подождав грозовое облако, он запустил в него змея. Нить, намокшая от дождя, зарядилась, и разлохматившиеся волокна немедленно стали дыбом, когда нить зарядилась небесным электричеством. К шнуру змея был привязан металлический ключ. Как только Франклин поднес к нему палец, посыпались искры и раздались характерные щелчки, уже знакомые Франклину по Лейденским банкам. Так была доказана электрическая природа молнии. Этот опыт вполне мог закончиться смертью ученого. Ни в коем случае нельзя пытаться повторить это.

Облако с нижней стороны несет отрицательный заряд, а поверхность земли заряжена положительно. Когда разница в заряде становится достаточной большой, между облаками и землей проходит разряд, который мы называем молнией. Напряжение молнии измеряется миллионами вольт.

Молнии бьют по самому короткому пути, то есть чаще всего в высокие здания или вершины гор. Целью молнии может стать башня, колокольня, отдельно стоящее дерево, небоскреб или одинокий холм.

Франклин, позволявший себе опасные шутки с молниями, стал изобретателем громоотвода, который теперь устанавливают на каждый дом и обязательно – на высокие башни и трубы. На самом деле это приспособление следовало бы называть молниеотводом, так как оно действительно отводит молнии, а не их звук – гром.

Опыт Франклина

Первый громоотвод был металлическим стержнем, на верхнем конце которого была размещена метелка из тонких металлических прутьев. Этот стержень размещали довольно высоко над зданием, которое он должен был защитить. Стержень проходил вдоль стены здания и соединялся с зарытой в землю медной пластиной. Это обеспечивало заземление, и если в стержень попадала молния, она проходила по молниеотводу в землю, не причиняя вреда дому. Стержень служил также путем, по которому заряд здания медленно стекал в воздух. Такую утечку зарядов с заостренных предметов можно наблюдать ночью. Сотни лет мореплаватели видели, как во время гроз наверхушке мачты загорались странные огни, которые называли «огнями святого Эльма». Это свечение было вызвано стеканием заряда с вершины мачты.