Райан Норт - Как изобрести все. Создай цивилизацию с нуля

А теперь мы расскажем, как это сделать!

Электричество есть движение заряженных частиц, обычно электронов (и вы можете найти больше информации об этих плохих парнях в разделе 11). Электроны обладают отрицательным зарядом, так что нечто с большим количеством электронов будет заряжено отрицательно, а любой материал, теряющий электроны, получает заряд положительный. Помните: одинаково заряженные частицы отталкивают друг друга, частицы с противоположным зарядом притягивают друг друга.

Некоторые материалы легко пропускают через себя электроны (их именуют «проводниками», и к ним относятся металлы вроде меди, железа, серебра или цинка), некоторые сопротивляются прохождению электрического тока (их называют «изоляторами», в качестве примеров можно назвать стекло, резину и дерево). Но при нормальных обстоятельствах движение электронов в проводнике хаотично, и, чтобы генерировать электричество, вам нужно каким-то образом сделать его упорядоченным.

Мы называем это электрической цепью, поскольку электроны движутся по петле, и вы столь значительны, что собираетесь изобрести первую электрическую цепь и первую батарейку одновременно.

Батареи на самом деле легко придумать, если у вас есть металл, так что – снова это слово – озадачивающим выглядит тот факт, что они появились у нас только в XIX веке н. э. Они превращают энергию химических реакций в электрическую и работают благодаря процессу взаимодействия между двумя металлами.

Два любых металла имеют разное сродство с электронами, так что, если вы поместите их в проводящий раствор, начнется химическая реакция обмена этими электронами. Проводящий материал называют «электролитом», и в его роли могут выступать многие вещества: кислота, соленая вода или даже вполне себе вкусный картофель. Многие соли, щелочи и кислоты прекрасно справляются с этой работой, и вы можете сделать серную кислоту, особенно хороший электролит, используя сведения из приложения С.

Металл, которому требуется больше электронов, будет оттягивать их у другого, получая отрицательный заряд, в то время как второй обзаводится зарядом положительным (куски металла в батарее именуют контактами). Отрицательно заряженные электроны, собираясь вокруг жаждущего их контакта, будут отталкивать друг друга, так что если вы соедините этот электрод с положительно заряженным посредством провода, то электроны будут избегать столпотворения, двигаясь по проводу в сторону положительного контакта.

Хей, вот вы и устроили все так, что электроны движутся в одном направлении! Дружище, вы только что сделали электричество [114]!

Вы используете его для изобретения электрического освещения, электрического отопления, электроплит, электродвигателей и много чего еще – через несколько параграфов, – но пока не суетитесь, поскольку мы еще не вполне закончили с вашей новой батарейкой. Она использует химическую реакцию для генерации энергии, но реакция в конечном счете закончится, и ваша батарея умрет.

Не хотите ли изобрести перезаряжаемую батарею прямо сегодня же?

Почему нет, верно?

Свинцово-кислотные батареи, придуманные в 1859 н. э., во всем похожи на штуковину с двумя контактами, только что вами изобретенную, разве что там использовались контакты на основе свинца, погруженные в смесь воды и серной кислоты в пропорции три к одному. Один контакт – чистый свинец, второй – диоксид свинца. Вещества эти реагируют с серной кислотой так, что на обоих контактах получается сульфат свинца, но эта реакция требует, чтобы оба контакта обменивались электронами. Поэтому, когда вы соединяете их проводом, вы создаете на проводе электрический ток, который течет, пока идет реакция.

Но важно то, что когда вы разворачиваете реакцию и подаете электричество на батарею, то процесс идет вспять: сульфат свинца распадается в электролит, и вы восстанавливаете два контакта, из чистого свинца с одной стороны, из диоксида свинца – с другой. Подобная обратимость реакции означает, что вы можете эффективно запасать энергию для будущего использования [115]!

Так что теперь у нас есть батареи, способные генерировать электрич ество, и другие батареи, которые в состоянии резво запасать уже существующее электричество. Несомненно, батареи прекрасная штука для экспериментов и для того, чтобы обеспечивать работу портативных музыкальных плееров последней модели, но печальный факт состоит в том, что на батареях цивилизацию не построишь!

Цивилизацию можно основать на устройстве, которое не требует добывать определенные металлы или синтезировать конкретные кислоты. Другими словами, опорой цивилизации могут стать электрические генераторы, известные также как электростанции. И хорошая новость состоит в том, что если вы уже поработали над водяными мельницами, ветряными или турбинами, то вы почти изобрели электростанцию.

Способ производить энергию мощностью до 1,21 гигаватта.

Единственный способ добраться до мощности в 1,21 гигаватта состоял в том, чтобы дождаться удара молнии, но, увы, никогда не знаешь, где и когда он произойдет.

1819 н. э. (электричество и магнетизм были признаны единым феноменом под названием «электромагнетизм»);

1821 н. э. (первый электродвигатель);

1832 н. э. (первая динамо-машина, создающая электроэнергию из движения).

Металл, водяные мельницы, турбины или другие способы получения вращательного движения.

До этого мы затрагивали в основном электрическую часть электромагнетизма, но здесь мы воспользуемся тем фактом, что любой электрический поток также создает и магнитное поле. Вы можете доказать это, поместив компас (раздел 10.12.2) рядом с проводом: в тот момент, когда по проводу пойдет ток, стрелка компаса начнет движение. Изобразив подобный трюк, вы также случайным образом использовали магнетизм, чтобы превратить электроэнергию в физическое движение, и именно это превращение открывает путь к множеству изобретений.

Самое банальное – вы можете использовать его для изготовления первых средств измерения разных параметров электричества. Чуть сложнее – если обернуть ваш провод вокруг сердечника из железа, то магнитное поле усилится и получится первый в мире электромагнит, такой магнит, который можно включать и выключать.

Поместите магнит так, чтобы он мог свободно вращаться между двумя электромагнитами, и включайте их поочередно. И ваш магнит будет вращаться до тех пор, пока вы подаете энергию на получившееся устройство.