Анатолий Томилин - Мир электричества

Все эти явления очень опасны на производстве и на транспорте. На заводах и на прядильных фабриках металлические части обязательно заземляют, применяют ионизацию воздуха и другие меры. На транспорте при перевозке и перекачке нефти, бензина может произойти нежелательное наложение статических зарядов. Особенно опасна трибоэлектризация в авиации. В полете на фюзеляже, на крыльях и на хвостовом оперении, а также во время заправки топливом в воздухе или на земле трение частиц вызывает появление электрического заряда. Причем разность потенциалов между самолетом и окружающей средой может достигнуть полутора мегавольт! Это вызывает на острых и выступающих частях конструкции коронный разряд, который создает помехи работе радиосистем и пожароопасную ситуацию в топливных баках. Например, если не заземлить прилетевший самолет сразу после полета на аэродроме, он может оказаться весьма опасным для любого, кто коснется его корпуса.

В чем же все-таки причина трибоэлектричества твердых тел? В основе этого явления лежит контактная разность потенциалов, то есть разность потенциалов между двумя различными металлами, металлом и полупроводником или между двумя полупроводниками, которая возникает при их соприкосновении. При этом часть электронов из поверхностного слоя тела с меньшей работой выхода переходит в тело с большей работой выхода. И в зоне контакта образуется двойной электрический слой.

Контактная разность потенциалов сегодня широко используется в полупроводниковых приборах, в термопарах и других устройствах.

Соборный настоятель небольшого городка Каммин в Померании Эвальд Георг фон Клейст занимался электрическими опытами потихоньку. Он не публиковал своих результатов – зачем вводить во искушение прихожан – и довольствовался домашними восторгами. Одно огорчало отца-настоятеля: электрическая машина, счастливым обладателем которой он являлся, была до чрезвычайности слабой. Оттого и искры, которые случалось извлекать из ее кондуктора благочестивому экспериментатору, были едва видны при свете дня.

Однажды, в счастливые часы занятий любимыми опытами, Клейст решил зарядить свою микстуру, чтобы усилить ее действие (отца-настоятеля мучил кашель). Он вставил в бутылочку железный гвоздь и поднес его к кондуктору машины. Несколько оборотов стеклянного шара – и жидкость должна была зарядиться… Осталось вынуть гвоздь из бутылки. Держа склянку в одной руке, почтенный священнослужитель другой взялся за головку гвоздя и… получил весьма ощутимый электрический удар. Клейст даже не испугался. Он только удивился – откуда? Его слабая машина не способна была давать и десятой доли того электричества, силу которого он почувствовал. Впрочем, что толку в раздумьях? Если результат опыта непонятен, его нужно в точности воспроизвести еще, потом еще и еще… И каждый раз бутылка с жидкостью и гвоздем, накопив электричество от маленькой машины, исправно щелкала экспериментатора по пальцу электрическими ударами.

«Накопив электричество!» Вы чувствуете, это же совсем новое свойство неведомой силы. А что будет, если налить в склянку с гвоздем спирт или ртуть? Не получит ли она еще большую способность накапливать электричество? Через некоторое время, убедившись в том, что он действительно открыл новый способ накапливать электричество, фон Клейст описал результаты своих опытов в письме и послал его в Данциг протодиакону – своему начальнику. Протодиакон физикой не увлекался, но, будучи человеком обязательным, передал сообщение коллеги бургомистру Даниэлю Гралату, человеку вполне просвещенному. Совсем недавно тот организовал в своем городе общество естествоиспытателей, которое жаждало деятельности. И потому новинка фон Клейста была как нельзя более кстати. Бургомистр Гралат начал с того, что взял бутыль большего объема и с большим гвоздем. По-видимому, все бургомистры – по должности своей – любят, чтобы дело выглядело крупно и эффектно (вспомним Герике). Гралат обернул бутылку металлической фольгой, и электрические удары еще усилились. Ему пришло в голову составить из таких бутылей батарею и тоже зарядить ее. А затем. Бедные, бедные члены данцигского общества естествоиспытателей. Бургомистр предложил двадцати человекам взяться за руки, образовать цепь, а затем крайним в цепи коснуться пальцами гвоздя и обкладки бутыли, то есть замкнуть цепь! Эффект был потрясающий. Окрестные жители давно не слышали такого вопля…

В истории науки и техники часто бывает, что изобретения малые и большие делаются одновременно разными людьми и совсем в разных местах. Чтобы продолжить историю чудесной «накопительной банки», давайте из славного города Данцига переедем в не менее славный город Лейден и познакомимся с почтенным профессором Мушенбруком.

Питер ван Мушенбрук (1692–1761)

С 1719 по 1723 год выпускник Лейденского университета Питер ван Мушенбрук был профессором Дуйсбургского университета. Особых научных заслуг у молодого профессора не отмечалось, и он перешел в университет города Клейста, а в 1740 году вернулся в alma mater, где занял кафедру физики. В Лейденском университете была прекрасная лаборатория, старые традиции и слава. Лучи этой славы привлекали учеников, которые давали доход профессорам. Мушенбрук занялся эффектными электрическими опытами. Таинственная сила интересовала всех и была в большой моде.

Профессор умел красно и значительно говорить, надувать щеки и трясти париком, рассказывая о своих достижениях. Однако, по чести говоря, особых успехов у него не было. Но такое поведение и по сей день нередко вводит неискушенного человека в заблуждение. А уж двести-то с лишним лет назад находилось немало простаков, называвших герра профессора не иначе как великим Мушенбруком.

Однажды слепая фортуна подсунула Мушенбруку ученика по имени Кунеус. Это был богатый лейденский горожанин, желавший развлечься опытами не иначе как в лаборатории «великого ученого». Там он, познакомившись с электрической машиной, попытался наполнить электричеством… банку с водой. Идея, по воззрениям того времени, не такая уж нелепая. Из многочисленных опытов было известно, что вода электризуется. Почему же не попробовать сохранить электричество в воде? И вот Кунеус взял банку, налил воду и опустил в нее металлический стержень, соединенный с кондуктором электрической машины. Слуге он приказал крутить ручку машины.

Опыт в Лейдене