Анатолий Томилин - Рассказы об электричестве

Как быстро движется научно-технический прогресс! В течение жизни одного, двух, трех поколений представления о мире меняются коренным образом, а возможности человеческие возрастают неизмеримо…

Если еще в XVII веке большинство наблюдаемых на Земле явлений природы пытались объяснить воздушным давлением, то сто лет спустя его место заняло электричество.

Действию электричества пытались приписать, например, землетрясения. «Разве не могут пустоты и полости внутри земли, заполненные водой, играть роль усилительных лейденских банок?» — спрашивали сторонники этой гипотезы и развивали свою мысль дальше.

«Землетрясения происходят при выравнивании электричества между земной корой и атмосферой!» — утверждали другие. Третьи видели в электричестве причины испарения воды и выпадения дождя. Одна за другой возникло несколько теорий электричества, построенных на основе механических представлений.

Надо сказать, что до Франклина представления большинства исследователей о природе электричества были чрезвычайно смутными.

Электрическое притяжение сначала пытались объяснять теорией истечений. Потом вездесущий аббат Нолле «изобрел новую теорию одновременного оттока и притока электрической материи», которая не в состоянии была объяснить ни разницы в двух видах «смоляного» и «стеклянного» электричества, ни работы электрической машины и лейденской банки. Англичанин Вильям Ватсон, обнаружив опытным путем, что кожаную подушку, натирающую стеклянный диск электрической машины, следует заземлять, заявил, что электричество рождается вовсе не от трения, а получается из земли, переходя с помощью натирающей поверхности на натираемое тело. И здесь оно скапливается.

И наконец, Франклин предположил, что «в природе существует особая „электрическая субстанция“», отличная от обыкновенной материи в том отношении, что частицы последней взаимно притягиваются, а частицы первой взаимно отталкиваются друг от друга. При этом он полагал, что эта субстанция состоит «из чрезвычайно малых частиц, так как они способны проникать в обыкновенную материю, даже в самые плотные металлы, с большой легкостью и свободой, как бы не встречая при этом сколько-нибудь заметного сопротивления».

При этом распределяется электричество только по поверхности тела, как растекающаяся жидкость, образуя в окружающем пространстве «электрическую атмосферу».

Против взглядов Франклина выступил аббат Нолле и многие его сторонники. Французам не нравилось появление в теории американца сил притяжения и отталкивания. Это придавало теории ньютонианский характер. В 1750 году Франция воевала с англичанами в Индии, и все английское было на континенте малопопулярным. Французские исследователи предпочитали видеть сущность электричества не в процессах, которые зарождаются и происходят в самих телах, а в том, что делается в окружающем эти тела пространстве.

Неожиданную поддержку теория Франклина получила в работе Франца Ульриха Теодора Эпинуса, доктора медицины — берлинского профессора астрономии, перебравшегося в Санкт-Петербургскую академию наук на должность профессора физики.

В Берлине вместе со своим учеником Иоганном Вильке Эпинус предпринял исследование турмалина, открыв его электрические свойства. История любопытная, и о ней, пожалуй, стоит упомянуть.

В начале XVIII века в брошюре с забавным названием «Курьезные спекуляции (или умозрения) любителя, который охотно всегда размышляет в бессонные ночи» появилось сообщение о том, что голландцы привезли с острова Цейлон (ныне государство Шри Ланка) удивительный камень турмалин. Будучи нагрет, он притягивал и отталкивал частички золы.

Сначала силу притяжения турмалина считали магнитной. Однако после целой серии опытов Эпинусу и Вильке удалось доказать, что это явление имеет явно электрическую природу. При неравномерном нагреве минерала на его противоположных сторонах возникали разноименные электрические заряды.

Так было открыто пироэлектричество, появление электрических зарядов на поверхности диэлектриков при их нагревании. По сути дела, еще одно новое проявление электрических сил, показывающее их глубокую связь с теплотой. Впоследствии многие ученые пытались создать строгую теорию пироэлектричества. Но и по сей день окончательное слово в этой отрасли знания еще не сказано.

В 1756 году в Петербурге вышел трактат Эпинуса «Опыт теории электричества и магнетизма». Во введении автор рассказывает, как открытый им пироэлектрический эффект в турмалине натолкнул его на мысль о глубоком сходстве электрических и магнитных явлений. Ведь до этого только магнит имел всегда два полюса, а теперь и нагретый турмалин оказался обладателем дипольного эффекта. Вот только почему? В чем причина обнаруженного явления? Однако Эпинус отказывается даже от обсуждения природы сил притяжения и отталкивания. При этом он ссылается на Ньютона, который также не занимался, по его мнению, выяснением причин всемирного тяготения. Правда, при этом автор трактата, чтобы избежать обвинений в эпигонстве, подчеркивает: «Я отнюдь не считаю их, как поступают некоторые неосторожные последователи великого Ньютона, силами внутренне присущими телам, и я не одобряю учение, которое постулирует действие на расстоянии. Действительно, я считаю несомненной аксиомой предположение, по которому тело не может производить никакого действия там, где его нет». Значит, силы притяжения и отталкивания, действующие на расстоянии, в его работе — лишь условное допущение. По мысли Эпинуса, это универсальное свойство электрических зарядов, точно так же как всемирное тяготение, — универсальное свойство масс в механике Ньютона. А за субстанцию, обладающую свойствами электрического притяжения и отталкивания, Эпинус принимает некую единую электрическую жидкость, предложенную Франклином в своей теории.

Частицы электрической жидкости отталкиваются друг от друга, но притягиваются обычной материей. Они свободно проникают через поры одних тел и с трудом преодолевают другие. Первые, как мы можем легко понять, являются проводниками электричества, вторые — изоляторами, в современной терминологии. И все электрические явления, известные современной ему науке, Эпинус делит на два рода. К одному относится все, что связано с переходом электрической жидкости от одного тела к другому. Примером могут являться искры, возникающие при электризации тел. К другому он отнес притяжение и отталкивание.