Анатолий Томилин - Рассказы об электричестве

Страх перед неведомым породил почитание стихий, их обожествление. И это обожествление, а на самом деле очеловечивание таинственных сил природы делало мир не таким страшным. Если гигантскими процессами управляют боги или бог, а сами боги — как люди, то ничто человеческое им не чуждо. Богов можно упросить, умилостивить, подкупить и… заручиться их помощью, поддержкой. Тут уж грозный мир, еще недавно наполненный мутным туманом страха, прояснялся и становился не столь ужасным.

Это один путь оградить себя от страха — создать всесильного бога, заранее согласившись на смирение. Но есть и другой путь — познание.

Конечно, гроза — зрелище эффектное и могучее, но ведь это всего-навсего атмосферное явление, проявление сил природы при определенных обстоятельствах. Чего же тут страшного? Ведь не пугаемся же мы наступающего вечера или красной зари, не боимся сегодня затмений солнца и луны. Зачем же бояться грозы?

Что такое молния? Электрическая искра, возникающая между разноименно заряженными облаками или между облаком и землей. Гром — треск этой искры. В канале молнии воздух очень быстро нагревается, а нагревшись, расширяется. Возникают звуковые колебания, воспринимаемые нами как гром. Только и всего!

Если вспомнить уроки физики в школе, то и сам механизм образования грозы перестает быть тайной: мощные вертикальные потоки поднимают вверх влажный теплый воздух. Наверху воздух расширяется и при этом охлаждается. Водяной пар конденсируется в капельки воды, которые собираются в кучевые облака. Давление у земли понижается, воздух с периферии устремляется к центру. Возникает ветер. Вот и готова первая стадия грозы.

Вторая стадия начинается с выпадения дождя. На высоте в облаке появляются ледяные кристаллы. Сильные вихри перемешивают наэлектризованные частицы облака, возникают искры-молнии, гремит гром. Восходящие и нисходящие потоки воздуха крутят водяные струи ливня то в одну, то в другую сторону. Вот когда гроза в разгаре!

А потом наступает стадия разрушения грозы. Во всей ее области развиваются нисходящие потоки воздуха.

Не получая больше от земли ни влаги, ни тепла, гроза затихает. Грозовое облако тает. Ветры из сходящихся превращаются в расходящиеся. Вылившийся с высоты холодный воздух, свежий, напоенный озоном, говорит о прекращении грозы.

Вот так! Что же здесь страшного? Обыкновенный феномен природы. Правда, не следует забывать, что для такого вот бесстрастного объяснения понадобились не годы, а столетия страха, мифов, а потом упорного труда собирания фактов и их осмысления. Понадобились думы и рассказы старейшин, колдовские действия магов и жрецов, размышления философов и, наконец, опыты естествоиспытателей. Опыты с неизвестным, опыты, сопряженные со смертельной опасностью, и все-таки — опыты…

В одной из последних книг по метеорологии, в разделе «Возникновение грозы», написано: «В настоящее время хотя причины образования всех видов гроз и неизвестны точно, все же сами грозы уже настолько изучены, что можно указать основные явления, происходящие при грозе…» Главное в этой фразе — ее начало, признающее то, что и по сей день причины образования гроз нам точно неизвестны.

Не может не поражать удивительная способность атмосферы накапливать и удерживать электрический заряд. Сегодня мы знаем, что земля, земная поверхность заряжена всегда отрицательно. В атмосфере содержатся положительные объемные заряды, плотность которых уменьшается с высотой. В целом же для мирового пространства Земля с ее атмосферой, повидимому, электрически нейтральное тело.

Возникает вопрос: а откуда же возникают электрические заряды в атмосфере? Вы, наверное, не раз слышали об ультрафиолетовом и корпускулярном излучении Солнца. Проникая в верхние слои атмосферы, оно разбивает нейтральные молекулы воздуха на заряженные частицы — ионы, ионизирует воздух. То же действие оказывают и космические лучи, пронизывающие всю толщу атмосферы. А у самой поверхности земли воздух подвергается атакам излучения радиоактивных элементов, которые в изобилии содержатся в земной коре.

В конце прошлого века ученые (Стюарт, 1878 год) пришли к выводу, что в атмосфере Земли на высоте примерно шестидесяти километров начинается ионизованная область — ионосфера, проводящий слой атмосферы, который, как скорлупой, охватывает планету. Это позволяет грубо приближенно рассматривать земную поверхность и ионосферный слой как обкладки конденсатора с разностью потенциалов около трехсот тысяч вольт. В районах ясной погоды этот природный конденсатор постоянно разряжается, поскольку ионы под действием сил электрического поля уходят вниз к Земле. А вот в районах грозовой деятельности картина иная. Считается, что в каждый момент времени грозой охвачен в среднем примерно 1 % земной поверхности. В этих районах мощные токи текут снизу вверх, компенсируя «разряд» в «ясных» районах.

Таким образом, грозовые облака — это не что иное, как природные электрические генераторы, поддерживающие в равновесии всю систему сложного электрического хозяйства во всеземном масштабе.

Казалось бы, люди, занявшиеся изучением электрических сил, в первую очередь должны бы обратить внимание на атмосферное электричество. Ведь оно, как никакое другое, ближе всего — под руками. Однако на деле вышло совсем не так. Долгое время исследователи и не предполагали, что молния и крошечная искорка, прыгающая с натертого куска янтаря — явления одной природы и лишь разные по своему масштабу. Вернее сказать, подозрения, конечно, были. Порою они даже высказывались вслух. Но это были лишь подозрения. Глубокое заблуждение древних философов, убежденных в том, что мир Земли не имеет ничего общего с миром Неба, было стойким и держалось долго. Лишь в XVIII веке наступило время объединить наблюдаемые явления и уверенно заявить о том, что небесное и земное электричество — явления одной природы. И только XX столетие объяснило механизм образования грозы. Правда, пока объяснило тоже не до конца.

Справедливости ради, пожалуй, нужно рассказать о возникновении еще одной теории электричества, очень сходной с теорией Дюфе, но родившейся независимо, и не во Франции, а в Англии. Эта теория сыграла немаловажную роль в установлении взглядов на природу электричества, торпедировав мнения, высказанные до нее.

Случилось это так. Во время одного из заседаний Лондонского королевского общества сэр Роберт Симмер показал коллегам вовсе незначительный опыт: электрической искрой он пробил бумагу. Края отверстия оказались загнутыми в обе стороны. Почему?..