Яков Гегузин - Капля

Вначале и Милликен экспериментировал с водяными каплями. Все, что с ними может происходить, он подроб­нейшим образом исследовал. Для надежной обработки ре­зультатов измерений необходимо точно знать размер капель, и Милликен его определял по скорости падения капли в воздухе. Между экспериментально найденной скоростью и значением радиуса — расчет по формуле Стокса. Возни­кает сомнение: быть может, эта формула ненадежна в при­менении к микроскопическим каплям? Милликен ставит сотни опытов с целью внести нужные поправки в фор­мулу Стокса и достигает необходимой точности в опре­делении радиуса. Вот одно из значений радиуса капли, изучавшейся Милликеном: 0,000197 см.

Капля может в процессе измерения испаряться, терять массу. Ставится такой опыт. Одна заряженная капля урав­новешивается полем и останавливается между пластинами конденсатора. Со временем капля начинает подниматься вверх. Это значит, что, частично испарившись, она стала легче, и сила, создаваемая электрическим полем, начи­нает превосходить силу тяжести. В опыте поле уменьша­ется ровно настолько, чтобы капля опять стала неподвиж­ной. Измерив необходимое для этого уменьшение напря­женности поля, Милликен определяет скорость испарения капли и учитывает ее при обработке результатов измерений.

Во время опыта капля может изменить свой заряд. Ста­вятся специальные опыты для исследования этой возмож­ности. Ведется длительное наблюдение за движущейся каплей и устанавливается, что в случайные моменты вре­мени капля скачкообразно меняет скорость своего паде­ния,— это естественно объясняется потерей или приобрете­нием заряда. Становится ясным, что скачкообразные изме­нения скорости оказываются в точности такими, какими они должны быть, если заряд может принимать лишь зна­чения, кратные некоторому минимальному. Наблюдаются капли, несущие самое различное число элементарных за­рядов — от 1 до 150. Так как точность измерения огра­ничена, то при большем числе зарядов изменение их числа наблюдается с меньшей достоверностью. Однако, как пи­шет Милликен, «когда число их не превышает пятидесяти, то ошибка тут так же невозможна, как и при подсчете собственных пальцев». Эти опыты — безусловное основа­ние для Милликена утверждать, что электрический заряд «обладает резко выраженным зернистым строением».

Милликен оказался тем счастливым естествоиспытате­лем, который сумел надежно доказать «зернистость» элект­рического заряда и определить число —заряд «зернышка»— электрона. Вот это число: е = (4,770 + 0,005)•10 -10элек­тростатических единиц. Указана оправданная погреш­ность измерения, и это придает числу достоверность.

Столяру Джузеппе попалось под руку полено, которое пищало человеческим голосом.

Алексей Толстой

На языке многих народов ртуть именуется живым сереб­ром, видимо, за блеск и за способность легко перекаты­ваться по твердой поверхности.

В этом очерке — рассказ об опыте, в котором «жи­вость» ртути самоочевидна. Этот опыт в нашей лаборато­рии проделывали много раз и наблюдали за ним и не­вооруженным глазом и с помощью кинокамеры. Ставится опыт так. В плоскодонной стеклянной кювете — капелька ртути и неподалеку от нее кристаллик двухромовокислого калия. Затем в кювету наливается такое количество сла­бого раствора соляной кислоты в воде, чтобы и капля и кристаллик были покрыты раствором. Надо позаботиться

о том, чтобы дно кюветы было плоским и установлено горизонтально. На этом подготовка опыта закончена, те­перь следует только наблюдать, глядя на кювету сверху. Кристаллик начинает растворяться, образуя расширяю­щееся темное облако. Когда край этого облака касается ртутной капли, капля начинает энергично набрасываться на кристаллик. Именно энергично и именно набрасывать­ся, сдвигая кристалл с места, обволакивая его, неожидан­но отскакивая в сторону и затем снова набрасываясь. Во время этого процесса капля деформируется, приобретая причудливые формы. Если случайно капля оказывается окруженной равномерным облаком, она успокаивается и ее контур становится круглым. А затем, когда окруже­ние капли слегка изменится, все начинается снова.

Причину такой «живости» капли ртути можно понять, внимательно просмотрев отдельные кадры кинофильма, особенно те, на которых она запечатлена в непосредствен­ной близости от кристаллика. Оказывается, набрасываясь на кристаллик, капля приобретает такое очертание: на лобовой части ее поверхность выпукла, а на тыльной — вогнута. Эта форма создает впечатление, будто кто-то не­видимый с тыльной стороны толкает каплю по направле­нию к кристаллику, вминая ее поверхность.

Дело в том, что раствор, обогащенный молекулами двухромовокислого калия, понижает поверхностное натяжение ртути, и поэтому вдоль периметра капли оно становится неодинаковым, по­нижаясь на лобовой стороне. Это обстоятельство, вообще говоря, могло бы и не при­вести к движению ртутной капли по направлению к кри­сталлику.

Капля ртути, подталкивая кристаллик хромпика, бегает но кругу

Вполне разумными и грамотными являются та­кие рассуждения: поскольку в любой точке объема ртут­ной капли давление должно быть одинаковым, контур капли должен стать таким, чтобы лапласовское давле­ние, приложенное к любой точке поверхности капли рту­ти, было одним и тем же, т. е. чтобы на поверхности выполнялось следующее условие: Р ≈ α / R — величина постоянная вдоль всей поверхности капли. Это означает, что там, где меньше α , мень­шим должно быть и R .

Вблизи кристаллика капля двухро мовокислого калия должна приобрести грушевидную фор­му, узкой стороной обратившись к кристаллику. Такую форму приобрел бы резиновый шарик, если бы на одном из его участков резина была потоньше. В этом примере толщина резины пропорциональна величине поверхностного натяжения.

Изложенные соображения справедливы лишь в случае установившегося равновесия, т. е. когда выполняются два условия: первое — ртуть в капле перераспределилась так, что ее форма удовлетворяет условию постоянства лапласовского давления в любой точке поверхности, второе — химический состав среды, окружающей каплю, со временем не изменяется. В действительности, однако, в нашем опыте все далеко от равновесия. Капля не успевает «подстроить» свою форму к возникшему на ее поверхности распределению величины поверхностного натяжения, лапласовское давление, приложенное к тыльной части, ока­зывается большим, чем приложенное к лобовой. Разница этих давлений и есть тот «невидимый», который толкает каплю на кристаллик. Сложная пляска капли вокруг кристаллика отражает сложное и непостоянное во време­ни несоответствие истинной формы капли и образовавше­гося распределения поверхностного натяжения вдоль ее поверхности.