Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Потушите свет и подождите 15 минут, пока глаза привыкнут к темноте, а затем начните равномерно отматывать скотч со втулки. Почему вдоль линии, по которой происходит отделение липкой ленты от мотка, возникает слабое свечение? Если вы будете отматывать ленту рядом с антенной достаточно чувствительного приемника, настроенного на частоту, где нет сигнала, в приемнике появится шум. Почему? Почему и свечение, и шум при высокой влажности исчезают?

ОТВЕТ •По мере того как клейкий слой на отматываемой ленте рвется и она отлепляется от ленты, оставшейся в мотке, заряженные частицы (положительные ионы и электроны) собираются в пятнах на двух разделяемых поверхностях. Пока еще эти поверхности не сильно разошлись, заряды, скопившиеся в разных пятнах, стремятся нейтрализовать друг друга, поэтому между пятнами с разноименными зарядами, расположенными либо на разных поверхностях, либо на одной из них, проскакивают искры. Поскольку в расширяющееся пространство между двумя слоями липкой ленты затекает воздух, искры проскакивают через него. Искры в основном состоят из электронов, а воздух — главным образом из молекул азота. Так что когда искры перескакивают с отрицательного пятна на положительное, электроны по дороге сталкиваются с молекулами азота и возбуждают их. Молекулы почти мгновенно возвращаются в основное невозбужденное состояние, при этом испускается свет на синем краю видимого диапазона и в области ультрафиолета. Слабое свечение, которое мы видим вдоль линии отделения ленты от мотка, — это суммарное свечение, вызванное разрядами и светом, излучаемым возбужденными молекулами азота при их переходе в основное состояние.

При проскакивании искр испускаются волны и в радиочастотном диапазоне. Поэтому, если вы отматываете липкую ленту вблизи радиоантенны, она улавливает некоторые из этих волн. Интенсивность радиошума в первом приближении пропорциональна интенсивности видимого света.

Высокая влажность приводит к тому, что влага проникает в пространство между двумя поверхностями ленты вместе с воздухом и нейтрализует заряженные участки на ленте, тем самым предотвращая искрение.

В прошлом, когда использовались пленочные фотоаппараты, искрение иногда мешало фотографам. Когда пленка накручивалась на ролик или скручивалась с него, между раздвигающимися поверхностями пленки проскакивали искры. Везде, где проскакивали искры, пленка оказывалась засвеченной, и при проявлении пленки на ней были видны узоры, образованные искрами (а ведь совсем не это люди хотели видеть на семейных фотографиях).

Если липкую ленту оторвать от пластиковой поверхности и на ее место осторожно нанести смесь из двух размолотых в пыль порошков, почему эти порошки разделятся — один соберется в одной области, а второй — в другой?

Тонкий слой порошковой пыли поможет узнать кое-что интересное об искре, которая возникает, например, если сначала походить по ковру, а потом поднести палец к большому металлическому предмету или водопроводной трубе. Для этого квадратик майларовой (лавсановой) пленки нужно прикрепить по краям, скажем, к металлическому шкафу. Затем походить по ковру, чтобы зарядиться (не все ковры подходят для эксперимента, а только некоторые; к тому же высокая влажность может испортить эксперимент). Если после этого поднести палец (или металлический ключ, зажатый в руке) к пленке, через воздушный зазор мгновенно проскочит искра. Почему, если осторожно опылить пленку смесью двух порошков, на ней остается след потока электронов в этой искре?

А вот как этот эффект можно использовать, если у вас есть под рукой смесь мелко размолотых трав или порошок из тонера принтера или ксерокса (осторожно, порошок пачкается и может испортить одежду и оргтехнику). Если порошки в смеси имеют разный цвет, разделение на компоненты будет более наглядным.

Порошки засыпаем в мягкий пластиковый контейнер и туда же бросаем металлические болты или гайки. Теперь сильно потрясем контейнер, чтобы порошки как следует перемешались. Затем сожмем корпус контейнера, чтобы выпустить через отверстие небольшое количество смеси, и подождем, когда она осядет на пластиковую поверхность. Потом можно наклонить поверхность и слегка постучать по ней, чтобы лишний порошок ссыпался вниз.

ОТВЕТ •Когда некоторые порошки смешивают и встряхивают, при столкновениях между разными видами порошинок происходит разделение зарядов: на одних появляются избыточные электроны, перешедшие с порошинок другого типа. Когда липкая лента отдирается от неметаллической поверхности, на поверхности остаются пятна, заряженные положительно, и пятна, заряженные отрицательно. Часть зарядов из пятен вскоре уйдет из-за влаги, содержащейся в воздухе. Они могут уйти и если «непроводящая поверхность» в действительности немного проводит. Если немного порошковой смеси рассыпать над поверхностью, на которой имеются заряженные пятна, частички порошка будут осаждаться на ней, причем отрицательные заряды соберутся на положительно заряженных пятнах, а положительные — на отрицательно заряженных. Если порошки окрашены в разные цвета (например, смесь черного порошка тонера и коричневой корицы), пятна становятся видимыми. Этот эффект особенно наглядно можно наблюдать на некоторых смесях, например смеси измельченного красного перца и порошка для тонера. А вот перец и мука притягивают друг друга так сильно, что даже «не замечают» заряженные пятна на пыльной поверхности и покрывают ее почти ровным слоем.

Когда искра проскакивает между пальцем и майларовой (лавсановой) пленкой, прилепленной к большому металлическому предмету, поток зарядов оставляет на пленке заряженные области, по крайней мере до того, как из-за влаги заряд оттуда уйдет. Если майларовую пленку слегка опылить смесью молотого тмина и порошка для тонера, на ней проявятся узоры одного из двух основных типов, называемые фигурами Лихтенберга в честь немецкого ученого и публициста Джорджа Кристофа Лихтенберга, открывшего их в 1777 году.

Если, походив по ковру, вы зарядитесь отрицательно, то есть у вас появится избыток электронов, они перетекут с пальца на пленку, и там вокруг искры появится круглое пятно отрицательных зарядов (можно будет разглядеть и протянувшиеся от него тонкие радиальные линии). Если же вы зарядитесь положительным зарядом и у вас образуется недостаток электронов, электроны будут вырываться с поверхности пленки и устремятся по разветвленным линиям к искре, а оттуда перетекут на ваш палец. Разветвленные линии при этом останутся положительно заряженными. Так что, если на порошке, которым покрыта пленка, образуется отрицательно заряженное круглое пятно, значит, вы зарядились отрицательным зарядом. А если на нем видны положительно заряженные разветвленные линии, значит, вы зарядились положительным зарядом. У некоторых людей, ставших жертвами молнии, на коже тоже обнаруживался узор из разветвленных линий, выжженных молнией.