Идентичность электричества, получаемого из различных источников
Мои исследования в области электричества, о которых я уже имел честь докладывать Королевскому обществу, достигли такого момента в своем развитии, когда для дальнейшей плодотворной работы необходимо было окончательно выяснить вопрос об идентичности природы электричеств, получаемых различными путями. Действительно, Кавендиш, Волластон, Колладон и др. способствовали устранению некоторых важнейших возражений, мешавших признать идентичность природы обыкновенного, животного и вольтова электричества, и я думаю, что ныне большинство физиков действительно убеждены в идентичности их природы. Однако, с другой стороны, нельзя не считаться с тем, что точность опытов Волластона была подвергнута сомнению, и один из этих опытов, который в действительности вовсе не является доказательством химического разложения при помощи электричества, обычно считается таковым. Кроме того, хорошо известно, что многие физики еще и поныне проводят различие между электричествами, происходящими из различных источников, или, во всяком случае, сомневаются в том, что идентичность их природы является вполне доказанной. Например, Гемфри Дэви в своей статье, посвященной электрическому скату, считает вероятным, что животное электричество является особым видом электричества, и, сравнивая его с обыкновенным электричеством, вольтовым электричеством и магнетизмом, замечает: «при исследовании всех многообразных изменений и свойств, коими обладает электричество, в этих разнообразных формах могут встретиться также и другие различия и т. д. Действительно, достаточно обратиться к последнему тому Philosophical Transactions, чтобы убедиться в том, что вопрос этот никак нельзя считать разрешенным.
Несмотря на то, что различные виды электричества в общем обычно считаются идентичными по своей природе, доказательства, говорящие в пользу этого предположения, нельзя признать достаточно ясными и бесспорными. Эта задача кажется мне имеющей много общего с той, которая была столь блистательно разрешена сэром Гемфри Дэви, а именно, – во всех ли случаях вольтово электричество при своем воздействии на воду лишь выделяет уже находящиеся в последней кислоты и щелочи или же в некоторых случаях оно их действительно порождает.
Та же необходимость, которая заставила его искать разрешения этого спорного вопроса, являвшегося препятствием для дальнейшего развития его теории и подвергавшего сомнению правильность полученных им результатов, понудила также и меня исследовать, являются ли обыкновенное и вольтово электричества идентичными или различными по своей природе. Я убедился в том, что они идентичны и надеюсь, что предлагаемые мной доказательства в пользу этой точки зрения, а также вытекающие из нее выводы, будут признаны Королевским обществом достаточно убедительными.
Для целей сравнения все многообразные электрические явления могут быть разбиты на два класса. К первому принадлежат явления, вызываемые электричеством напряжения, ко второму – вызываемые электрическим током. Я провожу это различие не потому, что оно научно, но исключительно из соображений удобства. Кроме того, действия, вызываемые электричеством напряжения, ограничиваются притяжением или отталкиванием на заметных расстояниях. В качестве действий, вызываемых электрическими токами, могут быть названы: 1) возбуждение теплоты, 2) магнетизм, 3) химическое разложение, 4) физиологические явления и 5) искры. Моей задачей является сравнение между собой электричеств, происходящих из различных источников, в особенности же обыкновенного вольтова электричества с точки зрения их способности к возбуждению этих эффектов.
1. Вольтово электричество
Напряжение. Если исследовать концы вольтовой батареи, состоящей из 100 пар пластинок, при помощи обыкновенного электрометра, то один из них оказывается, как известно, положительным, а другой – отрицательным. Золотые листочки, поднесенные к одному из концов батареи, отталкиваются, поднесенные же к обоим противоположным концам притягивают друг друга даже в том случае, когда между ними находится слой воздуха толщиной в 1 дюйм и более.
Тот факт, что обычное электричество с легкостью разряжается с острий в воздух и беспрепятственно проходит сквозь сильно разреженный, а также нагретый воздух, как, например, пламя, объясняется его высоким напряжением. Ввиду этого я ожидал подобных же эффектов при разряде вольтова электричества и проверял прохождение электричества с помощью гальванометра или химического действия, возбуждаемого в приборе, описание которого будет дано ниже.
Вольтова батарея, служившая мне для этих опытов, состояла из 140 пар пластин в 4 кв. дюйма, причем медные пластины были двойными. Она была полностью изолирована и вызывала в электрометре с золотым листочком отклонение, равное около 1/3 дюйма. Я пытался при помощи тонких острий, весьма тщательно установленных и сближенных между собой, разрядить эту батарею в воздухе, а также под колпаком, из которого был предварительно выкачан весь воздух. Однако мне не удалось получить никаких указаний присутствия электрического тока ни через посредство магнитных, ни химических эффектов. Таким образом в этом отношении вольтово электричество ничем не отличается от обыкновенного, ибо когда лейденская батарея заряжалась подобным же образом, т. е. так, что в электрометре с золотым листочком получалось столь же сильное отклонение, эти острия оказывались не в состоянии разрядить ее в той степени, чтобы вызвать магнитное или химическое действие. Объяснение этого явления заключается не в том, что обыкновенное электричество не в состоянии вызвать эти действия, а в том, что если интенсивность ее столь мала, то количество, необходимое для получения заметных эффектов, которое чрезвычайно велико, не может быть пропущено в потребное время. Вместе с приводимыми ниже доказательствами эти действия острий подтверждают не различие, а сходство между обыкновенным и вольтовым электричествами.
Обыкновенное и вольтовое электричество
Ввиду того что разряд обыкновенного электричества совершается через горячий воздух гораздо легче, чем через острия, я полагал, что разряд вольтова электричества также совершается подобным же образом. Поэтому я сконструировал аппарат, в котором АВ представляет собой изолированный стеклянный стержень, к которому прикрепляются два медных провода С и D. К ним припаяны два куска тонкой платиновой проволоки, которые в точке е подходят так близко одна к другой, насколько это возможно без соприкосновения. Провод С соединен с положительным полюсом вольтовой батареи Р, а провод D с аппаратом для разложения, при помощи которого было замкнуто соединение с отрицательным полюсом N батареи. Для этого опыта были взяты лишь две банки или 20 пар пластин.
В этом состоянии в а не наблюдалось никакого разложения, однако последнее тотчас же начиналось, как только к концам платиновых проволок в точке е подносилось пламя спиртовой горелки, доводившее их до красного каления. В точке а тотчас же появлялся йод, и таким образом переход электричества через нагретый воздух был доказан. При повышении температуры концов при помощи паяльной трубки разряд совершался еще легче, и разложение происходило мгновенно. При удалении источника теплоты ток тотчас же прекращался. Наблюдаемые явления протекали еще быстрее в том случае, когда проволоки устанавливались без соприкосновения параллельно друг другу на возможно близком расстоянии одна от другой. При применении более мощной батареи явления наблюдались более четко.
Когда аппарат для разложения убирался и вместо него включался гальванометр, то нагревание концов острий вызывало моментальное отклонение стрелки. Если же в течение времени, потребного для возвращения последней в исходное положение, источник теплоты удалялся, то отклонение сразу становилось слабее, что является доказательством наличия тока, проходившего через воздух. Однако применяемый мной инструмент оказался не столь чувствительным к химическому действию.
Эти явления, которые в подобной форме не были до сих пор известны или являются для нас неожиданными, представляют собой лишь примеры разряда, происходящего через воздух между угольными остриями мощной батареи, когда последние после соприкосновения медленно разъединяются. В рассматриваемом случае прохождение тока через нагретый воздух в точности подобно таковому в случае обыкновенного электричества, и Гемфри Дэви утверждает, что ток применявшейся им батареи Королевского института проходит через слой воздуха толщиной по меньшей мере в 4 дюйма. В сосудах, из которых воздух был предварительно выкачан, электричество проходило через промежуток, почти равный дюйму, а соединенное действие разрежения и нагревания воздуха, заключенного в сосуде, было столь велико, что воздух оказывался в состоянии проводить электричество на расстоянии от 6 до 8 дюймов.
Моментальное заряжение лейденской батареи через полюсы вольтова аппарата является еще одним доказательством напряжения, а также количества развиваемого в последнем электричества. Сэр Гемфри Дэви говорит: «Когда оба проводника, прикрепленные к концам аппарата, соединялись с лейденской батареей, причем один соединялся с ее внешней, а другой – с внутренней обкладкой, то батарея мгновенно заряжалась, и после удаления провода и установления необходимого контакта удавалось наблюдать удар или искру. Самого кратковременного прикосновения оказывалось достаточно для восстановления заряда во всей его силе.
Вольтово электричество в движении.
I. Развитие теплоты. Возбуждение теплоты в проводах и жидкостях при помощи тока вольтовой батареи является общеизвестным фактом.
II. Магнетизм. Нет явления, лучше знакомого физикам, чем свойство вольтова тока отклонять магнитную стрелку и создавать магниты согласно известным законам. Этот эффект является наиболее характерным для электрического тока.
III. Химическое разложение. Химическое действие вольтова тока и зависимость его от определенных законов также достаточно известны.
IV. Физиологические эффекты. Чрезвычайно характерной для вольтова тока является его способность в тех случаях, когда он достаточно силен, потрясать весь организм животного, а в тех случаях, когда он слаб, действовать на язык и глаза.
V. Искры. Сверкающие искры, выскакивающие при разряде вольтовой батареи, почитаются всеми как пример прекраснейшего искусственного света.
Всем известно, что эти эффекты могут почти бесконечно варьироваться, обнаруживаясь то в более сильной, то слабой форме, и все же никому не придет в голову сомневаться в идентичности природы столь разнообразных в своих действиях электрических токов. Прекрасное объяснение этих вариаций, данное Кавендишем в его теории количества и интенсивности, ныне не нуждается в защите, ибо не подвергается более сомнению.
Ввиду того что в дальнейшем изложении мы проводим сравнение между проволоками, проводящими вольтово и обыкновенное электричества, а также ввиду некоторых воззрений относительно состояния проволок, соединяющих полюсы вольтовой батареи или же проводящих вещества иного рода, я полагаю необходимым дать определение вольтового тока в противоположность всякому иному особому, не прогрессивному, а статическому, заключающемуся в известном порядке расположения, состоянию, которое может быть предположено для провода и PN электричества, заключенного в последнем.
Если симметрично установить и изолировать две вольтовы банки PN и P’N’ и соединить концы NP’ проводом, над которым подвешена магнитная стрелка, то этот провод не окажет никакого действия на стрелку; если же соединить другим проводом также концы PN’, то стрелка отклонится, причем отклонение будет продолжаться, пока цепь будет оставаться замкнутой. Если предположить, что действие банок заключается лишь в том, что они возбуждают в проводах особое распределение их частиц или заключенного в них электричества и если бы магнитное или электрическое состояние исчерпывалось этим расположением, то состояние расположения в проводе NP’ до соединения Р и N’ и после такового должно было быть одинаковым, и стрелка должна была бы испытать отклонение также и в первом случае, хотя возможно и более слабое, например, лишь половину того, которое наблюдается при полном замыкании. Если же предположить, что магнитные действия зависят от тока, тогда становится ясным, что они не могли быть возбуждены до замыкания, ибо до замыкания ток отсутствовал.
Под током я разумею нечто распространяющееся, будь то электрический флюид или два движущиеся в противоположных направлениях флюида, или только колебания, или, выражаясь еще более обще, распространяющиеся силы. Под расположением я понимаю местное, не прогрессирующее распределение частиц, жидкостей или сил. Существует много других доказательств в пользу теории тока, а не теории расположения, однако в настоящей статье я тщательно избегаю тех ненужных подробностей, которые могут быть предоставлены другим.
2. Обыкновенное электричество
Под обыкновенным электричеством я разумею электричество, получаемое с помощью электрической машины из атмосферы, путем давления на кристаллы или их расщепления, а также путем различных других операций. Его основными характеристиками являются большая интенсивность и свойство притяжения и отталкивания даже на больших расстояниях.
I. Напряжение. Как известно, в некоторых случаях притяжение и отталкивание, производимые обычным электричеством на заметное расстояние, значительно превосходят подобные действия, производимые другими видами электричества. Однако природа этих притяжений и отталкиваний ничем не отличается от природы эффектов, описанных выше под названием напряжение, вольтово электричество. Наблюдаемое между ними различие в силе не превышает такового в некоторых частых случаях обыкновенного электричества. Я считаю излишним вдаваться в более подробное перечисление доказательств единства природы этого свойства обоих видов электричества.
Разряд обыкновенного электричества через нагретый воздух является общеизвестным фактом. Параллельное явление для вольтова электричества уже описано выше.
3. Обыкновенное электричество в движении
I. Возбуждение теплоты. Всем известно, что обыкновенное электричество, проходя через провода или иные вещества, превышает их температуру. В этом пункте между ним и вольтовым электричеством наблюдается полное совпадение. На основании этого принципа г-н Гаррис сконструировал прекрасный и весьма чувствительный инструмент, позволяющий легко продемонстрировать теплоту, развивающуюся в проводе путем разряжения малого количества обыкновенного электричества. В одном из последующих пунктов я буду иметь случай еще вернуться к этому вопросу.
II. Магнетизм. Вольтово электричество обладает необыкновенными и мощными магнитными силами. Если обыкновенное электричество идентично вольтовому, то оно должно обладать теми же силами. В отношении намагничивания стрелок и стержней оно не уступает вольтову электричеству, и направление магнетизма у обоих оказывается одинаковым. Однако отклонение магнитной стрелки, производимое обыкновенным электричеством, столь незначительно, что это свойство иногда за ним вовсе отрицалось, а в других случаях для обхода трудности придумывали гипотетические различия.
Г-н Колладон из Женевы полагал, что это различие объясняется недостаточным количеством обыкновенного электричества, применявшегося в опытах. В докладе, сделанном в Парижской академии в 1826 г., он описал опыт, когда при помощи батареи, нескольких острий и чувствительного гальванометра ему удалось наблюдать отклонение стрелки и, таким образом, доказать идентичность природы обоих видов электричества также и в этом отношении. В этом докладе гг. Араго, Ампер и Савари приводятся в качестве свидетелей успешного повторения опыта. Однако отсутствие других подтверждений эффекта и то обстоятельство, что Араго, Ампер и Савари, насколько мне известно, никогда лично не подтверждали своего согласия с результатами опыта Колладона, а также то, что никому не удавалось добиться тех же результатов, заставило усомниться в правильности опытов Колладона и отвергнуть его выводы. Потому окончательное выяснение означенного вопроса представлялось мне чрезвычайно важным. Я счастлив, что могу полностью подтвердить правильность результатов, полученных Колладоном. Я не стал бы здесь описывать эти опыты, если бы они не были столь существенны для доказательства правильности решающих и общих заключений, которые я полагаю сделать в отношении магнитной и химической деятельности электричества.
Электрическая машина, которой я пользовался в этих опытах, имела диск диаметром в 15 дюймов и две пары щеток; ее первый кондуктор состоял из двух латунных цилиндров, соединенных между собой третьим таким же цилиндром; общая длина их составляла 12 футов, а поверхность, соприкасающаяся с воздухом, была равна 1422 кв. дюймам. При хорошем возбуждении один оборот диска давал от 10 до 12 искр, каждая длиной в 1 дюйм. Из кондукторов можно было без труда получать искры или молнии длиной от 12 до 14 дюймов. Каждый оборот диска при среднем усилии требовал около 4/6 секунды времени.
Электрическая батарея состояла из 15 одинаковых банок по 23 дюйма в обхвате. Обкладка доходила до 8 дюймов от основания банки, так что обложенная поверхность на обеих сторонах стекла была равна 184 кв. дюймам, не считая дна, которое было сделано из более толстого стекла и с каждой стороны имело около 50 кв. дюймов поверхности.
Была предусмотрена надежная отводящая система в виде металлического соединения сперва достаточно толстого провода с металлическими газовыми трубами в доме, затем с металлическими газовыми трубами лондонского газопровода и, наконец, с металлическими трубами лондонского водопровода. Она прекрасно работала, так что электричество самого слабого напряжения, даже электричество, возбужденное одной вольтовой банкой, мгновенно разряжалось, что при постановке некоторых опытов было весьма существенно.
Применявшийся в этих опытах гальванометр был одним из описанных выше. Однако стеклянный колпак, прикрывавший гальванометр, на котором была укреплена стрелка, был с внешней и внутренней сторон обложен оловянной фольгой, и лишь верхняя часть, оставленная открытой для того, чтобы дать возможность наблюдать за стрелкой, была прикрыта проволочной сеткой с многочисленными остриями. Когда это приспособление и обе обкладки были соединены с заземляющей проводкой, то даже во время полного хода машины изолированный шарик или острие, соединенные с ней и поднесенные к гальванометру на расстояние 1 дюйма, не оказывали на стрелку последнего никакого влияния притяжения или отталкивания.
В связи с этими предохранительными мерами необходимо заметить, что магнитное состояние иглы гальванометра весьма легко могло быть нарушено, ослаблено или даже обращено вследствие электрического разряда через инструмент.
В особенности неизбежны эти явления в том случае, когда при прохождении разряда стрелка находится в неправильном положении относительно витков катушки гальванометра.
Сначала, пользуясь замедляющей силой плохих проводников, я пытался заставить обыкновенное электричество принять характерные черты и свойства вольтова электричества, именно уменьшенную интенсивность при сохранении количества.
Покрышка и обкладка гальванометра соединялись сперва с заземляющей проводкой, конец В гальванометра соединялся с внешней обкладкой батареи и затем оба соединялись с заземляющей проводкой; конец А гальванометра при помощи влажной нити длиной в 4 фута соединялся с разрядником. После того как батарея в результате около 40 оборотов машины оказывалась положительно заряженной, она разряжалась через разрядник, нить и гальванометр. Стрелка моментально приходила в движение.
Пока стрелка отклонялась в первом направлении и затем возвращалась обратно, машина приводилась в движение, и когда стрелка достигала первоначального положения, разряд снова проводился через гальванометр.
Повторяя несколько раз этот маневр, мне удалось добиться отклонения до 40° в обе стороны от исходного положения стрелки.
Этот эффект можно было легко вызывать по желанию. Замена тонкой нити толстым шнуром и даже четырьмя такими шнурами не отражалась на его направлении и силе. Пользуясь чувствительным гальванометром, можно было в результате разряда батареи получить прекрасное отклонение стрелки.
При перемене соединений гальванометра так, чтобы разряд проходил от В к А, стрелка отклонялась столь же сильно, но в обратную сторону.
Стрелка отклонялась в том направлении, в каком она отклоняется при прохождении через гальванометр вольтова тока, т. е. положительно заряженная поверхность электрической батареи вела себя подобно положительному концу вольтова аппарата и отрицательно заряженная поверхность первой – подобно отрицательно заряженному концу последнего.
После этого батарея выключалась, и соединение устанавливалось таким образом, что ток должен был проходить из первого кондуктора через приложенный к нему разрядный шарик, через влажный шнур и витки гальванометра в заземляющую проводку, через которую он, наконец, и рассеивался. Этот ток мог быть прерван в любой момент либо путем удаления разрядника, либо путем приостановки работы электрической машины, либо, наконец, соединением первого кондуктора с заземляющей проводкой, при помощи второго разрядника. Этим же путем ток можно было моментально восстановить. Стрелка была установлена так, что при колебаниях средней скорости вдоль небольшой дуги для прохождения ее в одном направлении требовалось время, равное 25 ударам моих часов и, конечно, столько же для движения в обратном направлении.
После того как отрегулированная таким образом стрелка устанавливалась в спокойном состоянии, через гальванометр в течение 25 ударов моих часов пропускался ток непосредственно от электрической машины. Затем ток прерывался, снова возобновлялся в течение 25 ударов, снова прерывался на тот же промежуток времени и т. д. Стрелка вскоре начала заметно колебаться, и после нескольких включений тока колебания достигали 40° и более.
При перемене направления тока, пропускаемого через гальванометр, колебания стрелки также совершались в обратном направлении. Направление движения стрелки всегда совпадало с направлением, получаемым в результате применения электрической батареи или вольтова аппарата.
Затем я заменил влажный шнур медной проволокой так, что электричество проходило из машины в заземляющую проводку исключительно по проводам, частью которых являлись также и витки гальванометра. Эффекты при этом оставались во всем подобными прежним.
Затем при проведении электричества через систему разрядник больше не приводился в соприкосновение с кондуктором, но вместо этого был снабжен четырьмя остриями; последние, когда ток должен был быть пущен, приближались к кондуктору на расстояние около 12 дюймов и удалялись, когда ток должен был быть прерван. Когда за исключением одного этого обстоятельства все остальные условия опыта оставались неизменными, стрелка тотчас же сильно отклонялась в полном согласии с предыдущими результатами. Колладон в своих опытах всегда производил разряд при помощи острий.
Наконец, я пропускал электричество через стеклянный сосуд, из которого предварительно был выкачан воздух (так что в нем появлялось подобие северного сияния), и затем через гальванометр в землю. И в этом случае электричество продолжало отклонять магнитную стрелку и, по-видимому, с прежней силой.
Из всех этих опытов выясняется с полной очевидностью, что ток обыкновенного электричества отклоняет магнитную стрелку в одинаковой степени, независимо от того, проходит ли он через воду, провода или разреженный воздух или при помощи острий через обыкновенный воздух. Единственным необходимым условием, по-видимому, является достаточное время для того, чтобы его действие имело возможность проявиться. Следовательно, с точки зрения магнетизма он ведет себя подобно току вольтова электричества, и в этом отношении между ними нет никакого различия.
Несовершенные проводники, как, например, вода, растворы солей и т. д., являются для этой цели гораздо более пригодными, чем другие способы разряда, например, через посредство острий или шариков, ибо разряд первого рода превращает разряд мощной батареи в слабую искру, или, вернее, в непрерывный ток, при котором почти или вовсе отсутствует риск нарушить магнетизм стрелки.
III. Химическое разложение. Химическое действие вольтова тока характерно для этого агента, однако не более характерно, чем законы, согласно которым освободившиеся путем разложения вещества располагаются на полюсах. Волластон показал, что в этом отношении наблюдается сходство между вольтовым и обыкновенным электричеством и что «оба в основном идентичны». Однако в числе доказательств в пользу этого положения Волластон приводит один опыт, свидетельствующий о сходстве и только о сходстве с вольтовым разложением, что и сам Волластон частично признавал. Все же этот опыт, преимущественно перед другими более решающими опытами, которые он описывает, всегда приводится как теми, которые желают доказать существование электрохимического разложения, подобного производимому вольтовым столбом, так и другими, желающими подвергнуть это сомнению.
Я беру на себя смелость дать здесь краткое описание проделанных мною опытов и таким образом к свидетельству Волластона присоединить еще одно в пользу идентичности вольтова и обыкновенного электричества в отношении химического разложения. Я делаю это не только для того, чтобы облегчить повторение опытов, но также и с целью сделать несколько новых заключений относительно электрохимического разложения. Сначала я повторил четвертый опыт Волластона, при котором концы натянутых серебряных проводов спускаются в каплю раствора медного купороса. При пропускании электричества от электрической машины через эту установку тот конец, в который электричество входило из капли, покрывался слоем металлической меди. После 100 оборотов машины получался заметный результат, после 200 результат был еще заметнее. Однако разлагающее действие было весьма слабо. Количество осадившейся меди было ничтожно, а на другом полюсе не наблюдалось заметных следов растворения серебра.
Гораздо более целесообразной и действительной установкой для химического разложения при помощи обыкновенного электричества является следующая. К стеклянной пластинке, положенной над куском белой бумаги несколько приподнято над ней во избежание теней, прикрепляются два куска оловянной фольги а, и первый из них при помощи изолированного провода с или провода и шнура соединяется с электрической машиной, а другой посредством g соединяется с заземляющей проводкой или отрицательным кондуктором. Затем два куска тонкой платиновой проволоки, изогнутые таким образом, что часть df стоит почти отвесно, в то время как все опирается на три точки р, е, f. Концы р и n становятся тогда разлагающими полюсами. Этим путем можно получить чрезвычайно малые поверхности соприкосновения, контакт может быть моментально прерван и вновь восстановлен, и вещества, подвергаемые воздействию, чрезвычайно легко доступны исследованию.
Стеклянная пластина с кусками оловянной фольги
На стеклянной пластинке была проведена черта раствором сернокислой меди и в нее опущены концы р и n фольга а была соединена с положительным кондуктором электрической машины. Для предотвращения проскакивания искр соединение было произведено при помощи провода и влажного шнура. После 20 оборотов машины на конце р осадилось такое количество меди, что провод имел вид медного. На конце n не наблюдалось никаких заметных изменений.
Смесь равных частей воды и соляной кислоты была окрашена сернокислым индиго до темно-синего цвета, и большая капля этой жидкости помещена на стеклянную пластинку, так что противолежащие концы р и n были погружены в нее. После первого же оборота машины раствор вокруг р побледнел в результате выделившегося хлора. После 20 оборотов на n не было замечено никаких изменений подобного рода, но на р было выделено такое количество хлора, что после перемешивания вся жидкость в капле обесцветилась.
Капля раствора йодистого калия, смешанного с крахмалом, была помещена на стекло около р и n, как и в предыдущем случае. При вращении машины на р выделялся йод, а на n – ничего.
Дальнейшее усовершенствование этого аппарата состоит в том, что раствором, подвергающимся исследованию, смачивается кусок пропускной бумаги, который затем помещается на стекло под концы р и n. Бумага удерживает выделяющиеся в этих точках вещества, благодаря же ее белизне всякое изменение цвета сразу становится заметным; она позволяет также максимально сблизить точки соприкосновения между раствором и проводами. Кусочек бумаги, смоченный раствором йодистого калия и крахмала или одного только йодистого калия, при соблюдении известных предосторожностей является чудеснейшим способом для определения наличия электрохимического действия. При применении его вышеописанным образом уже после полуоборота машины наблюдается выделение йода вокруг р. При помощи этой установки и йодно-калиевой бумаги химическое действие может в некоторых случаях явиться более чувствительной реакцией на электрический ток, чем гальванометр. Это бывает в тех случаях, когда вещества, через которые проходит ток, являются плохими проводниками, или тогда, когда возбужденное в данный промежуток времени количество электричества очень мало.
Кусок лакмусовой бумаги, смоченный раствором поваренной или глауберовой соли, весьма быстро покраснел у р. Другой кусок, смоченный раствором соляной кислоты, быстро обесцветился у р. Ни одно из этих действий не было наблюдаемо у n.
Кусок куркумовой бумаги, смоченный раствором глауберовой соли, после 2 или 3 оборотов машины покраснел у n, а после 20 или 30 оборотов в той же точке выделилось большое количество щелочи. Когда бумага была передвинута так, что это пятно оказалось под концом p, то после нескольких оборотов машины щелочь исчезла, и пятно пожелтело. Зато под концом n появилось новое коричневое пятно щелочи.
Когда кусок лакмусовой и кусок куркумовой бумаги, смоченные раствором глауберовой соли, были помещены на стекло так, что первый приходился под концом р, а второй под концом n, то несколько оборотов машины оказались достаточными для того, чтобы на первом показалась кислота, а на втором щелочь, подобно тому как это наблюдается при действии вольтаэлектрического тока.
Все эти разложения протекали одинаково успешно, независимо от того, каким путем электричество поступало в фольгу n, будь то из машины через воду или же просто по проводу, будь то путем непосредственного прикосновения с кондуктором или же путем пропускания искр.
Стеклянная пластина с кусками лакмусовой и куркумовой бумаги
В последнем случае искры не должны только быть чересчур велики, дабы не получилось проскакивания искры также между р и n или против n. Я не имею никаких оснований полагать, что электричество, получаемое из машины, производит благодаря своему напряжению больше истинного электрохимического разложения в том случае, когда оно проскакивает у кондуктора или в какой-либо другой точке в виде искры, чем когда оно просто переходит в непрерывно текущий ток.
Наконец, опыт был расширен в следующей форме, позволившей окончательно убедиться в полной аналогии между обыкновенным и вольтовым электричеством. Три куска, составленных попарно из лакмусовой и куркумовой бумаги и смоченные раствором глауберовой соли, были укреплены на стеклянной пластинке при помощи платиновых проволок. Провод m шел к первому кондуктору электрической машины, провод t – к заземляющей проводке, а проводы r и s посредством влажных кусков бумаги замыкали электрическую цепь. Последние провода были изогнуты таким образом, что каждый из них в точках r и s опирался в точках r и s на стекло, в других же – на куски бумаги. Три конца ррр опирались на лакмусовую, три остальных nnn – на куркумовую бумагу. Когда машина вращалась в течение краткого промежутка времени, на всех полюсах или концах ррр, через которые электричество поступало в раствор, выделялась кислота, а на других полюсах nnn, через которые оно выходило из раствора, – щелочь.
При всех опытах электрохимического разложения посредством электричества, получаемого от электрической машины, и влажной бумаги, смоченной в растворе, чрезвычайно важно избегать следующих ошибок. Если искра проскакивает над лакмусовой или куркумовой бумагой, то первая (в том случае, когда она чувствительна и не чересчур щелочная) краснеет, причем покраснение чрезвычайно усиливается при перескакивании нескольких искр. Если, таким образом, электричество проскакивает от проволоки над поверхностью бумаги, пока оно не находит достаточной влажности и массы, обеспечивающей проводимость, то покраснение распространяется так же далеко, как и разветвления электричества. Появление подобных разветвлений на конце n, где находится куркумовая бумага, препятствует покраснению, вызываемому выделяющейся в этой точке щелочью. Лакмусовая бумага также краснеет под влиянием искр или разветвлений, исходящих из конца n. Если бумага, смоченная раствором йодистого калия (которая представляет необыкновенно чувствительный метод для определения наличия электрохимического действия), подвергается действию искр или разветвлений электричества или даже только слабого электрического тока, исходящего из р или n, то моментально начинается выделение йода.
Эти действия не следует смешивать с действиями собственно электрохимической силы обыкновенного электричества и, наоборот, тщательно избегать их при постановке наблюдения над последними. Ввиду этого ни в коем случае не следует в какой-либо точке по пути следования тока допускать перескакивания искр или же возрастания интенсивности тока, могущих повлечь за собой переход электричества из проводов к влажной бумаге иначе, чем через провода, ибо переход электричества через воздух влечет за собой вышеописанное действие.
Это действие объясняется образованием азотной кислоты из кислорода и азота воздуха и является лишь более тонким повторением прекрасного опыта Кавендиша. Полученная таким образом кислота, хотя и присутствует в чрезвычайно малых количествах, обладает высокой концентрацией и вызывает вышеописанные эффекты: покраснение лакмусовой бумаги, задержку выделения щелочи на куркумовой бумаге и освобождение йода из йодистого калия.
Когда небольшая полоска лакмусовой бумаги смачивалась в растворе едкого калия и над ней по длине пропускались через воздух электрические искры, то щелочь оказывалась нейтрализованной и в конце бумага краснела. После высушивания бумаги оказалось, что в результате этой операции образовалось азотнокислое кали и бумага превратилась в зажигательную.
Ввиду этого лакмусовая бумага, равно и белая бумага, пропитанная раствором йодистого калия, являются простым красивым и удобным объектом для повторения опыта Кавендиша над образованием азотной кислоты из атмосферного воздуха.
Я упоминал уже об одном опыте Волластона, которому было придано чересчур большое значение как противниками его теории об идентичности вольтова и обыкновенного электричеств, так и сторонниками этой точки зрения. Покрывая провода слоем стекла или другого изолирующего вещества так, что непокрытыми оставались лишь самые окончания или, точнее, поперечные сечения этих проводов, и пропуская ток по двум подобным проводам, защищенные концы которых были опущены в воду, Волластон нашел, что вода может быть разложена действием одного лишь тока от электрической машины без искр и что от концов проводов подымались два потока газа, по внешности вполне схожие с потоками, вызываемыми действием вольтова электричества и подобно последним представляющие собой смесь кислорода и водорода. Между тем, сам Волластон замечает, что вышеописанный процесс отличается от действия вольтова столба тем, что в данном случае водород и кислород выделяются на обоих полюсах; он называет свой опыт «весьма схожим повторением гальванического феномена», но добавляет, что «в действительности сходство является неполным», и не решается использовать результаты этого опыта как доказательства в пользу выставленных им в этой статье вполне правильных положений.
Этот опыт является лишь более усовершенствованным повторением опытов, поставленных в 1797 г. Пирсоном и в 1789 г. или раньше Пэте ван Труствиком и Дайманом. Этот опыт никогда не приводился в качестве доказательства истинного электрохимического разложения, ибо в этом случае закон, определяющий переход в конечное расположение освобожденных веществ, не играет никакой роли. На каждом полюсе вода совершенно независимо разлагается, и выделяющиеся на концах проводов водород и кислород являются составными элементами воды, находившейся там в предыдущее мгновение. Разложение не связано ни с каким взаимодействием полюсов, или, вернее, острий. Это можно доказать, заменяя одно из острий проволокой или пальцем, ибо такая замена нисколько не отражается на действии другого острия, хотя на пальце или проволоке и не наблюдается никакого эффекта. Это обстоятельство можно обнаружить, вращая машину в течение некоторого времени; ибо, несмотря на то, что на оставшемся острие пузырьки газа поднимаются в столь большом количестве, что, осадившись на проволоке, смогли бы целиком ее покрыть, на последней не замечается ни одного поднимающегося вверх пузырька.
Естественно было бы думать, что количество вещества, полученного в результате электрохимического разложения, будет пропорционально не интенсивности, но количеству пропущенного электричества. Доказательства этого будут даны ниже. Однако в вышеизложенном опыте мы наблюдаем иное. Если между двумя остриями электричество проскакивает из машины в виде искр, то выделяется известное количество газа. При укорачивании длины искр количество выделяемого газа уменьшается, а в случае полного отсутствия искр выделение газа становится едва заметным. Если вместо воды взят раствор глауберовой соли, то при наличии мощных искр выделяется едва заметное количество газа, а действием одного лишь тока не выделяется почти ничего. Однако во всех этих случаях количество возбужденного в течение определенного времени электричества было одинаково.
Я не отрицаю возможности того, что при помощи подобного аппарата обыкновенное электричество может разлагать воду так же, как и вольтово. Наоборот, я в настоящее время полагаю, что это именно так. Но когда я добился того, что я считаю истинным эффектом, полученное количество газа было настолько ничтожным, что мне не удалось установить, действительно ли на одном проводе выделялся кислород, а на другом водород. Один из двух потоков газа казался мне значительнее другого, и после того как аппарат был повернут, та же сторона по отношению к электрической машине продолжала давать больший газовый ток. Эти небольшие токи наблюдались и в том случае, когда чистая вода заменялась раствором глауберовой соли. Однако количества были столь ничтожны, что после получасового верчения машины мне не удавалось получить пузырька больше песчинки. Если допустить правильность моего предположения относительно количества химического действия, то эти факты прекрасно с ним согласуются.
Я был тем более заинтересован в выяснении действительной ценности этого опыта как доказательства наличия электрохимического действия, что мне часто придется ссылаться на него в некоторых случаях предполагаемого химического действия при помощи магнитоэлектрического или иного электрического тока. Однако независимо от этого Волластон несомненно прав, утверждая, что вольтово и обыкновенное электричества обладают идентичными по своей природе силами химического разложения, подчиняющимися одинаковым законам распределения.
IV. Физиологические эффекты. Способность обыкновенного электричества потрясать животный организм и вызывать судорожные сокращения мышц, а в более слабой форме действовать на язык и глаза, идентична с подобным же свойством вольтова электричества. Если на пути электрического тока из лейденской батареи, заряженной 8—10 оборотами мощной электрической машины, будет помещен влажный шнур и разряд будет произведен при помощи платиновой лопатки через язык или десны, то действие на язык и глаза будет в точности сходно с действием моментального слабого вольтова тока.
V. Искры. Всем известны красивые искры, получаемые при разряде обыкновенного электричества. Они соперничают в яркости с искрами, получаемыми при разряде вольтова электричества, но их продолжительность равна лишь одному мгновению, и они сопровождаются сильным треском, подобным небольшому взрыву. Однако, в особенности при известных обстоятельствах, нетрудно убедиться, что мы здесь имеем дело с той же искрой, что и в вольтовой батарее. Если искры от вольтовой батареи и обычного электричества пропускаются через один и тот же слой воздуха в промежутке между металлическими амальгамированными поверхностями, то глаз не замечает между ними никакой разницы.
Если лейденская батарея разряжалась при помощи влажного шнура, включенного в цепь на некотором расстоянии от того места, где должна была проскакивать искра, то последняя была желтоватого цвета, пламенна и продолжительность ее превышала продолжительность искры, получаемой в том случае, когда вода не была включена в цепь. Она была приблизительно длиной в 8/4 дюйма, не сопровождалась никаким треском и вообще была более похожа на искру вольтова электричества, потерявшую несколько своих характерных черт. Если электричество задерживалось при помощи воды и разряжалось между углями, то искры на обеих угольных поверхностях отличались необыкновенным блеском и походили на искры вольтова электричества в подобных случаях. Если электричество разряжалось между углями, не будучи задержано водой, то искры на обеих угольных поверхностях блеском также напоминали искры вольтова электричества, однако сопровождались громким, резким и пронзительным треском. Я полагаю и думаю, что в этом вопросе со мной согласны все физики, что атмосферное электричество по своей природе идентично с обыкновенным электричеством. В этом отношении могу сослаться на некоторые, появившиеся в печати данные о его химическом действии, доказывающие, что оно подобно вольтову электричеству обладает разлагающей силой. Однако приводимое мной сравнение настолько ответственно, что я не считаю себя вправе пользоваться данными, в абсолютной точности которых я сомневался бы. С другой стороны, я не имею права игнорировать их, ибо они устанавливают то, что и я стремлюсь установить на неопровержимом основании и, следовательно, имеют приоритет перед результатами, полученными мной.
Г-н Бонижоль в Женеве сконструировал весьма чувствительный аппарат для разложения воды при помощи обыкновенного электричества. При соединении изолированного громоотвода с этим аппаратом наблюдалось быстрое и непрерывное разложение воды, даже если атмосферное электричество и не было очень сильно. Описание этого аппарата не дано, но поскольку упоминается о том, что проволока была очень тонка, я полагаю, что он по своей конструкции сходен с аппаратом Волластона. Последний не дает возможности наблюдать действительное полярное электрохимическое разложение. Я думаю поэтому, что результаты, полученные Бонижолем, не могут явиться подтверждением идентичности вольтова и обыкновенного электричеств в отношении химического действия.
На той же странице Bibliotheque Universelle сказано, что г-н Бонижоль разлагал кали и хлористое серебро, заключая эти вещества в очень узкие трубки и пропуская над ними искры от обыкновенной электрической машины. Очевидно, что эти явления не имеют ничего общего с постоянным вольтовым разложением, когда электричество действует разлагающе только в том случае, когда оно проводится через разлагаемое тело, Но перестает разлагать, согласно обычным законам, как только начинает перескакивать в виде искр. Эти явления, по всей вероятности, частично аналогичны явлениям, наблюдавшимся в опытах с аппаратами Пирсона и Волластона с водой и возможно объясняются воздействием очень высокой температуры на небольшие количества вещества или же находятся в связи с результатами, полученными на открытом воздухе. Так как под влиянием электрической искры азот может непосредственно соединяться с кислородом, нет ничего невозможного в том, что последний может соединиться даже с частью кислорода кали в том случае, когда имеется большой избыток кали, чтобы соединиться с образованной азотной кислотой. Эти явления, хотя и отличаются от истинного полярного электрохимического разложения, однако чрезвычайно важны и достойны изучения.
Покойный г-н Барри сделал в прошлом году в Королевском обществе доклад, столь точный в своих деталях, что с первого взгляда может показаться, что им сразу доказана идентичность вольтова и обыкновенного электричеств с точки зрения химического действия. Однако при более детальном изучении оказалось трудным согласовать между собой результаты отдельных опытов. Он пользовался двумя трубками, к концам которых были припаяны провода, как это практикуется при вольтовом разложении. Трубки были наполнены раствором глауберовой соли, окрашенной фиалковым сиропом, и обычным способом соединены между собой при помощи части глауберова раствора. Провод, находящийся в одной из трубок, был соединен проволокой из сусального золота с изолированным шнуром электрического змея; провод, заключенный во второй трубке, при помощи такой же проволоки соединялся с полом. Тотчас же в трубке, соединенной с электрическим змеем, показался водород, а в другой – кислород. Через десять минут раствор в первой трубке позеленел от выделившейся щелочи, а во второй – покраснел от выделившейся кислоты. Единственное указание на силу или интенсивность атмосферного электричества дается словами: «при прикасании к шнуру ощущались обыкновенные электрические удары».
Несколько фактов указывают на то, что в этом случае мы имеем дело с электричеством, не похожим на получаемое из известных источников обыкновенного электричества. Волластону, пользуясь обыкновенным электричеством, не удалось на подобной установке разложить воду и получить газы в отдельных сосудах. Никто из многочисленных физиков, пользовавшихся подобного рода аппаратом, не смог произвести разложения воды или нейтральной соли при помощи электрической машины. Недавно я повторил этот опыт с большой, чрезвычайно мощной электрической машиной. Однако, несмотря на то, что опыт продолжался четверть часа и машина за это время совершила 700 оборотов, не было получено никаких видимых эффектов, хотя удары, произведенные машиной, были, несомненно, гораздо сильнее и многочисленнее тех, которые могут быть без особой опасности получены из шнура электрического змея. Из сравнения, приводимого мной ниже, станет очевидно, что если этот эффект был получен при помощи обыкновенного электричества, то количество последнего должно было быть чрезвычайно велико и, по-видимому, значительно больше того, которое могло быть проведено золотой проволокой в землю и при этом вызывать лишь «обычные удары».
Что это электричество, по-видимому, не было похоже на вольтово электричество, явствует из того, что наблюдались лишь «обычные удары, но не то непереносимое ощущение, которое причиняет вольтов столб, даже когда напряжение его настолько слабо, что не в состоянии пройти через слой воздуха толщиной в х/8 дюйма.
Возможно, что воздух, окружавший электрический змей и его шнур, хотя и находился в электрическом состоянии, достаточном лишь для того, чтобы вызвать «обычные удары», все же мог возобновлять свой заряд после того, как электричество отводилось вниз, и таким образом поддерживать ток. Шнур был длиной в 1500 футов и состоял из двух двойных нитей. Если представить себе, какое невероятное количество электричества должно было быть собрано этим, путем, то вышеприведенное объяснение становится чрезвычайно неправдоподобным. Я брал вольтову батарею, состоявшую из 20 пар пластин в 4 кв. дюйма каждая и с двойными медными пластинами, изолировал ее и соединял положительный конец с заземляющей проводкой, а отрицательный – с аппаратом, сходным с аппаратом Барри, который в свою очередь соединялся с проводом, уходившим в мокрую землю на 3 дюйма. Оборудованная таким образом батарея производила, насколько я могу судить, лишь слабые разложения в сравнении с теми, которые фигурируют в описании г. Барри. Следовательно, ее интенсивность значительно уступала интенсивности электричества в шнуре, и она не давала также никаких ударов, могущих идти в сравнение с «обычными ударами», производимыми шнуром электрического змея.
Опыт Барри имеет большое значение и заслуживает повторения. Если он подтвердится, то, насколько я знаю, это будет первый случай действительного электрохимического разложения воды при помощи обыкновенного электричества, который даст нам возможность познакомиться с новой формой электрического тока, который как по количеству, так и по интенсивности занимает место как раз между током, получаемым от электрической машины и током вольтовой батареи.
4. Магнитоэлектричество
I. Напряжение. Притяжение и отталкивание при помощи электрического напряжения в случае электричества, вызванного магнитоэлектрической индукцией, были наблюдаемы достаточно часто. Г-н Пиксии при помощи своего столь же изящного, сколь и мощного аппаратанаблюдал сильное расхождение золотых листков электрометра.
В движении. I. Развитие теплоты. Ток, возбуждаемый при помощи магнитоэлектрической индукции, может подобно обыкновенному электричеству накаливать проволоку. Во время съезда Британской ассоциации естествоиспытателей в Оксфорде, в июне 1832 г., я имел удовольствие совместно с гг. Гаррисом, Даниелем, Дунканом и др. поставить опыт, для которого были использованы: большой магнит из тамошнего музея, новый электрометр Гарриса и описанная в моем первом докладе магнитоэлектрическая спираль. Последняя была несколько видоизменена, как я описал это в другом месте, с целью получения электрической искры при нарушении или восстановлении контакта с магнитом. Концы спирали были установлены так, что их контакт прерывался, когда должна была перескакивать искра. Они были соединены с проводом электрометра, причем оказалось, что установление и прерывание магнитного контакта каждый раз сопровождаются расширением воздуха в инструменте, что является доказательством одновременного повышения температуры провода.
II. Магнетизм. Эти токи были открыты именно благо даря присущей им магнитной силе.
III. Химическое разложение. Я многократно пытался получить химическое разложение при помощи магнитного электричества, однако без успеха. В июле 1832 г. я получил анонимное письмо, которое затем было опубликовано, содержавшее описание магнитоэлектрического аппарата, при помощи которого, якобы, удалось разложить воду. Встречающееся в этом описании выражение «защищенные концы» навело меня на мысль, что этот аппарат должен быть схож с аппаратом Волластона и что в этом случае результаты не являются доказательством полярного электрохимического разложения. Недавно г. Ботто опубликовал полученные им результаты, из описания которых нельзя, однако, сделать никаких выводов. Насколько можно судить, аппарат, которым он пользовался, был похож на аппарат Волластона, приводящий лишь к обманчивым результатам. Так как магнитное электричество дает искры, то можно было бы заранее предсказать эффекты, свойственные подобного рода аппарату. Ашетт и Пиксии, работая с аппаратом последнего, упомянутым выше, получили решающие результаты. Таким образом и это звено цепи является отныне доказанным. При помощи этого аппарата было произведено разложение воды, причем водород и кислород выделялись в отдельных трубках согласно законам, управляющим вольтоэлектрическим и магнитоэлектрическим разложением.
IV. Физиологические действия. Уже при первых опытах с этими токами удалось вызвать судороги у лягушки. Ощущения на языке и перед глазами, вначале слабые, впоследствии с усилением аппаратов настолько возросли, что даже сделались неприятны.
V. Искры. Слабые искры, получаемые мной вначале при работе с этими токами, впоследствии получались гг. Антинори и Нобили столь разнообразными способами и столь сильными, что не может быть никакого сомнения в идентичности последних и искр, получаемых от обыкновенного электричества.
5. Термоэлектричество
Что касается термоэлектричества, этой прекрасной формы электричества, открытой Зеебеком, то условия ее возбуждения таковы, что нет основания надеяться достичь высокой степени напряжения, как это нам удалось в случае обыкновенного электричества. Аналогия с уже описанными видами электричества может быть проведена в следующих проявлениях:
I. Напряжение. Притяжения и отталкивания в виду незначительности напряжения еще не были наблюдаемы. В движении. I. Развитие теплоты. Мне неизвестно, наблюдалась ли уже способность возбуждать теплоту у этого вида электричества.
II. Магнетизм. Магнитные силы, присущие этому виду электричества, способствовали его открытию и наилучше изучены.
III. Химическое разложение с помощью этого вида электричества еще не было наблюдаемо.
IV. Физиологические действия. Как показал Нобили, при помощи этого вида электричества удается вызвать судороги лягушки.
V. Искры. Искры до сих пор наблюдаемы не были.
Таким образом отсутствуют или слабо проявляются лишь действия, связанные с известной высокой степенью интенсивности. Обыкновенное электричество, будучи сведено такой же степени интенсивности, также сможет дать лишь эффекты, свойственные термоэлектричеству.
6. Животное электричество
Ознакомившись с опытами Уолша, Ингенгayca (Ingengouss), Кавендиша, Г. Дэви и Дж. Дэви, я отныне твердо убежден в идентичности электричества электрического ската с обыкновенным и вольтовым электричествами. Я полагаю, что и все другие также разделяют мое убеждение и что мне будет поэтому позволено не останавливаться на разборе доказательств в пользу этого предположения. Возражения, выдвинутые Гемфри Дэви, были отвергнуты его братом Джоном Дэви, получившим противоположные результаты. В настоящее время эти данные таковы:
I. Напряжение. Заметные притяжения и отталкивания, обусловленные напряжением, не наблюдались. В движении. I. Развитие теплоты еще не наблюдалось. Однако я не сомневаюсь, что таковое может быть наблюдаемо при помощи электрометра Гарриса.
II. Магнетизм. Наблюдался вполне отчетливо. Согласно Дж. Дэви ток не только отклоняет магнитную стрелку, но также намагничивает стальные иглы в отношении направления, согласно тем же законам, которым подчиняются токи обыкновенного и вольтова электричеств.
III. Химическое разложение. Также вполне очевидно, несмотря на то, что аппарат, которым пользовался Дж. Дэви, был похож на аппарат Волластона. Ошибка в этом случае невозможна, ибо разложения происходили полярно, т. е. действительно электрохимически. Направление магнитной стрелки показало ему, что нижняя сторона этой рыбы заряжена отрицательно, а верхняя положительно, что во время химического разложения серебро и свинец выделяются только на проводе, соединенном с нижней стороной. Применяя стальные и серебряные провода, можно было наблюдать выделение газа (водорода?) из раствора поваренной соли у отрицательного провода, но не у положительного.
Я считаю это разложение электрохимическим также и потому, что аппарат Волластона, снабженный проводами, покрытыми сургучом, вероятно оказался бы не в состоянии разложить воду даже свойственным ему своеобразным образом, если бы интенсивность электричества не была такова, что в некоторых точках своего пути она могла бы давать искры. Скат же не в состоянии давать никаких заметных искр.
В-третьих, разложение в аппарате Волластона идет тем лучше, чем чище вода. Опыты, производимые мной при помощи машины и двух концов проводов, прекрасно удавались с дистиллированной водой и кончались неудачей, когда проводимость последней увеличивалась путем прибавления глауберовой, поваренной или какой-либо иной соли. Только в опытах Дж. Дэви крепкие растворы соли, азотнокислого серебра или свинцового сахара давали безусловно лучшие результаты, чем слабые растворы.
IV. Физиологические действия. Последние столь определенны, что привели к открытию удивительных свойств электрического ската (Torpedo) и электрического угря (Gymnotus).
V. Искры до настоящего времени еще не получены, во всяком случае поскольку мне это известно. Впрочем, может быть лучше будет сослаться на уже известные данные, имеющиеся в моем распоряжении. Гумбольдт, говоря о результатах шведа Фальберга, замечает: «этот физик, как до него Уолш и Ингенгаус, наблюдали искры при вытаскивании электрического угря из воды, в то время как цепь была прервана при помощи двух золотых листков, наклеенных на стекло на расстоянии одной линии один от другого».
Мне, однако, неизвестны подобные наблюдения Уолша и Ингенгауса, равно как и более подробное описание опыта Фальберга. Гумбольдт лично не наблюдал никаких световых явлений. Наоборот, Лесли в своем обзоре успехов математических и физических наук, предпосланных седьмому изданию «Британской энциклопедии» (Эдинбург, 1830), говорит: «Из одного экземпляра здорового Silurus electricus (вернее, Gymnotus), показываемого в Лондоне, удавалось извлекать в темноте яркие искры». Однако он не упоминает о том, видел ли он это лично и кто это видел. Кроме вышеизложенного мне не удалось найти никаких сведений об этом явлении. Таким образом, этот вопрос пока остается по меньшей мере сомнительным.
Заканчивая это перечисление электрических свойств ската, я должен обратить внимание на невероятное количество электричества, которое выделяется этим животным при каждом напряжении. Неизвестно, смогла ли бы какая-нибудь электрическая машина дать в заметный промежуток времени такое количество электричества для получения действительного разложения воды, и однако это удается электрическому скату. Магнитные действия также указывают на большие количества электричества. Эти факты указывают на то, что электрический скат (Torpedo) обладает свойством (по-видимому, по способу, описанному Кавендишем) возбуждать электричество в течение заметного времени, так что последовательные разряды скорее похожи на разряды перемежающегося в своем действии вольтова аппарата, нежели на разряды многократно заряжаемой и разряжаемой лейденской батареи. Однако в действительности между этими обоими случаями нет никакой физической разницы.
Я полагаю, что из всех приведенных выше фактов может быть сделан следующий общий вывод: все виды электричества, независимо от источника их получения, идентичны по своей природе. Пять различных форм или видов явлений электричества, рассмотренных выше, по существу однородны и различаются лишь по степени и в этом отношении варьируют, в зависимости от изменяющихся условий количества и интенсивности, которые могут быть по желанию изменены почти для каждого вида электричества в той же степени, как мы это наблюдаем между различными видами. Таблица экспериментально установленных эффектов, свойственных электричествам, полученным из различных источников:
Количественное соотношение между обыкновенным и вольтовым электричествами
Установив, как мне кажется, идентичность природы этих двух видов электричества, я попытался установить общую меру или найти известное отношение между количествами электричества, возбуждаемыми электрической машиной, с одной стороны, и вольтовым столбом – с другой. При этом моей целью было не только установить их идентичность, но и вывести известные общие законы и найти методы для дальнейшего исследования или применения этого удивительного и тонкого агента.
Сначала требовалось определить, вызывают ли равные абсолютные количества обыкновенного электричества, проходящие через гальванометр при различных условиях, одинаковое отклонение магнитной стрелки. С этой целью я снабдил гальванометр произвольной шкалой, каждое деление которой равнялось приблизительно 4°, и установил этот инструмент, как в предыдущих опытах. Машина, батарея и прочие части установки были приведены в порядок и в продолжение всего опыта поддерживались, насколько это было возможно, в неизменном состоянии. Опыты варьировались таким образом, что можно было установить всякое изменение в состоянии аппарата и вносить необходимые поправки.
Из батареи было вынуто 7 банок и оставлено 8, так что для полного заряжения этих 8 банок понадобилось бы около 40 оборотов машины. Они были заряжены лишь посредством 30 оборотов и затем разряжены через гальванометр, причем в цепь был включен влажный шнур длиной приблизительно в 10 дюймов. Стрелка тотчас же показала отклонение на 5 1/2 делений в одну сторону от нулевой точки и, колеблясь, прошла почти 5 1/2 делений в другую сторону.
Затем к 8 банкам прибавлялись остальные 7, и все 15 заряжались посредством 30 оборотов машины. Электрометр Хенли (Henley) показывал не больше половины того, что раньше, однако заряд, пропущенный через предварительно приведенный в состояние покоя гальванометр, отклонял стрелку до того же в точности деления, что и в предыдущем случае. Эти опыты с 7 и 15 банками были попеременно повторены много раз и всегда с одинаковым результатом.
Затем опыты были произведены со всей батареей, но видоизменены так, что ее заряд, полученный после 15 оборотов машины и пропускаемый через гальванометр, иногда проходил через влажную нить, иногда через смоченный дистиллированной водой тонкий шнур длиной в 38 дюймов, иногда через в 12 раз более толстый шнур длиной лишь в 12 дюймов, смоченный разбавленной кислотой. Прохождение заряда через толстый шнур совершалось мгновенно, в случае тонкого шнура для этого требовался заметный промежуток времени, в случае же нити электрометр совершенно опускался лишь по прошествии 2–3 сек. В этих трех случаях интенсивность тока должна была быть чрезвычайно различна, и однако отклонения магнитной стрелки были во всех случаях приблизительно одинаковы. В случае тонкого шнура и нити отклонения были несколько больше. Если, как полагает Колладон, имеет место боковая утечка через шелковые нити обмотки мультипликатора, то указанное обстоятельство вполне понятно, ибо при более слабой интенсивности боковая утечка меньше.
Отсюда следует, что при прохождении через гальванометр равных абсолютных количеств электричества отклоняющая сила, действующая на магнитную стрелку, остается одинаковой независимо от величины интенсивности.
Затем батарея, состоящая из 15 банок, заряжалась 60 оборотами машины и, как и в предыдущих опытах, разряжалась через гальванометр. Теперь стрелка отклонялась почти до 11-го деления, однако деления не были достаточно точны, чтобы быть убежденным в том, что теперь дуга шкалы была вдвое длиннее, чем в прежнем случае. Однако на глаз она производила такое впечатление. Таким образом, представляется вероятным, что отклоняющая сила электрического тока прямо пропорциональна абсолютному количеству прошедшего электричества независимо от интенсивности последнего.
Д-р Ричи показал, что в одном случае, где интенсивность электричества оставалась неизменной, отклонения магнитной стрелки были прямо пропорциональны количествам прошедшего через гальванометр электричества.
Д-р Гаррис показал, что способность электричества нагревать провода проволоки одинакова при разных количествах электричества независимо от интенсивности последнего.
Моей следующей целью было построить вольтову установку, по силе равную предыдущей. Платиновая и цинковая проволоки, пропущенные через одно и то же отверстие в доске для вытягивания проволоки и имеющие в диаметре 1/18 дюйма, были укреплены на стойке таким образом, что нижние концы их свисали параллельно друг другу на расстоянии 5/16 дюйма один от другого. Верхние концы были прочно соединены с проводами гальванометра. Была приготовлена разбавленная кислота, причем после нескольких предварительных опытов в качестве нормального был взят раствор, состоящий из одной капли концентрированной серной кислоты и четырех унций дистиллированной воды. Наконец, было отмечено время, потребное для того, чтобы стрелка гальванометра отклонилась справа налево или слева направо. Оно оказалось равным 17 ударам моих часов, которые давали 150 ударов в минуту. Целью этих Приготовлений было сконструировать такой вольтов аппарат, который, будучи опущен в определенную кислоту в течение определенного времени (гораздо меньшего, чем требуется для отклонения стрелки в одном направлении), вызывал бы столь же сильное отклонение этой стрелки, как и разряд обыкновенного электричества из батареи. Затем когда в указанное положение рядом с платиновой проволокой был укреплен новый кусок цинковой проволоки, были поставлены сравнительные опыты.
Цинковая и платиновая проволоки были погружены на 5/8 дюйма в кислоту в течение 8 ударов моих часов и затем быстро вынуты. Стрелка вышла из состояния покоя и, отклонившись, продолжала двигаться в том же направлении еще некоторое время после того, как аппарат был вынут из кислоты. Стрелка достигла середины между 5-м и 6-м делением, затем вернулась в исходное положение и проделала то же отклонение в обратную сторону. Этот опыт был проделан неоднократно и всегда с одинаковым результатом.
Если судить только по магнитной силе, то уже сейчас можно приблизительно сказать, что две проволоки, одна цинковая и другая платиновая, толщиной в 1/18 дюйма, находящиеся на расстоянии 5/16 дюйма одна от другой и погруженные на 5/8 дюйма в смесь, состоящую из одной капли купоросного масла и четырех унций дистиллированной воды температурой около 60°, причем другие концы их соединены с проволокой длиной в 18 дюймов и толщиной в 1/18 дюйма, служащей обмоткой гальванометра, дают в течение 8 ударов моих часов, или в 8/150 мин, столько же электричества, как электрическая батарея, заряженная 30 оборотами большой, очень мощной электрической машины.
Несмотря на эту кажущуюся необычайной несоразмерность, такого рода результаты вполне совпадают с теми, которые объясняются колебаниями в интенсивности и количестве электрического флюида.
Для того чтобы иметь основание для сравнения также и с точки зрения химического действия проволоки, я удерживал провода погруженными на 5/8 дюйма в кислоту и наблюдал за стрелкой после того, как она останавливалась. Насколько можно судить невооруженным глазом, она стояла на 5 1/3 делении. Следовательно, продолжительное отклонение такого рода может рассматриваться как доказательство наличия постоянного тока, дающего в течение 8 ударов моих часов столько же электричества, как электрическая батарея, заряженная 30 оборотами машины.
Нижеследующее является выборкой из описания относящихся к химическому действию установок и полученных с их помощью результатов. Один конец платиновой проволоки диаметром в 1/12 дюйма и весом в 260 гран был срезан таким образом, что он представлял собой правильный круг одинакового диаметра с диаметром провода. После этого он соединялся попеременно с кондуктором электрической машины и вольтовым аппаратом таким образом, что он всегда являлся положительным полюсом и одновременно стоял вертикально, для того чтобы всем своим весом надавливать на реагентную бумажку. Последняя помещалась в свою очередь на платиновой лопатке, соединенной либо с заземляющей проводкой, либо с отрицательным проводом вольтова аппарата. Реагентная бумага была сложена вчетверо и каждый раз в одинаковой степени смачивалась нормальным раствором йодистого калия.
Когда платиновая проволока соединялась с первым кондуктором машины, а лопатка – с заземляющей проводкой, то 10 оборотов машины было достаточно для появления бледного круглого пятна йода с диаметром, равным диаметру провода. После 20 оборотов пятно становилось темнее, а после 30 оборотов пятно принимало такой темно-коричневый цвет, что становилось видимо на втором слое бумаги. Разница в действии легко определялась с точностью до 2–3 оборотов.
Затем провод и лопатка соединялись с вольтовым аппаратом, причем в цепь включался также гальванометр. Вольтов аппарат погружался в довольно сильный раствор азотной кислоты в воде на такую глубину, что отклонение стрелки показывало 5 1/3 делений, после чего между проводом и лопаткой прокладывалась вчетверо сложенная влажная бумага. Благодаря этому устройству конец провода можно было передвигать с места на место по бумаге, наблюдать действие тока, продолжавшегося в течение 5, 6, 7 и больше ударов часов, и сравнивать его с эффектом, получаемым от электрической машины. Путем многократного повторения таких чередующихся опытов было найдено, что химическое действие нормального тока вольтова электричества продолжительностью в 8 ударов моих часов равнялось действию, получаемому в результате 30 оборотов машины; действие при 28 оборотах оказывалось недостаточным.
Из этого следует, что электрический ток нормальной вольтовой батареи продолжительностью в 8 ударов часов как по химическому действию, так и по силе магнитного отклонения равен току, получаемому от электрической машины в результате 30 оборотов.
Далее следует, что в этом случае электрохимического разложения и, вероятно, во всех других случаях химическая, равно как и магнитная силы, прямо пропорциональны абсолютному количеству прошедшего электричества.
Отсюда получается, если это вообще еще нужно, новое подтверждение идентичности природы обыкновенного и вольтова электричеств, а также то, что кажущиеся различия в их свойствах полностью объясняются различием в количестве и интенсивности.
Почерпнутые из вышеизложенных исследований данные позволили мне сделать некоторые добавления к теории электрохимического разложения, которые совместно с другими соображениями относительно учения об электричестве, будут незамедлительно представлены на рассмотрение Королевского общества в другой серии этих исследований.
Королевский институт, 15 декабря 1832 г.
Примечание. Я позволю себе здесь исправить ошибку которая была мной приписана г. Амперу в первой серии этих экспериментальных исследований. Говоря об его опыте над индукцией электрических токов, я назвал диском то, что следовало назвать кругом или кольцом. Ампер пользовался кольцом или очень коротким цилиндром, сделанным из узкой медной полоски, согнутой в виде кольца, и сообщил мне, что с его помощью движение получалось без всяких затруднений. Я не сомневался в том, что Ампер наблюдал описанное им движение, я лишь неправильно представил себе инструмент, которым он пользовался, и, следовательно, дал неверное описание его опыта. В том же пункте я привожу в качестве утверждения Ампера, что диск повернулся «для того, чтобы занять положение равновесия, которое заняла бы спираль, если бы могла свободно двигаться». Я говорю, далее, что результаты, полученные Ампером, противоречат выставленному им положению, согласно которому «ток электричества стремится привести в движение в том же направлении электричество проводников, мимо которых он проходит».
Ампер в только что полученном мной письме замечает, что он тщательно избегал при описании этого опыта всякого упоминания о направлении индуцированного тока. Перечтя это место снова, я вынужден с ним согласиться и хочу здесь исправить свою ошибку.
Для того чтобы не быть обвиненным в легкомыслии, я кратко изложу руководившие мной соображения. Вначале опыт не удался. Он был успешно повторен около года спустя в Женеве в сотрудничестве с г. де ля Рив. Этот последний дал описание результатов и указал, что полоса меди, согнутая в виде круга и применявшаяся в качестве подвижного проводника, «иногда притягивалась к полюсам подковообразного железного магнита, иногда же отталкивалась в соответствии с направлением тока в окружающих проводниках». Я обычно ссылался на «Manuel d’Electricite Dynamique» Демонферрана (Demonferrand) как книгу, пользующуюся авторитетом во Франции и которая содержит хорошо систематизированные основные результаты и законы для этой области науки до даты своего опубликования. На стр. 17 автор, описывая этот опыт, говорит: «Подвижный проводник поворачивается, чтобы занять положение равновесия, как это сделал бы проводник, в котором ток двигался бы в том же направлении, что и в спирали». В том же параграфе он добавляет: «следовательно, является доказанным, что ток электричества стремится привести электричество проводников, мимо которых он проходит, в движение в том же направлении». Эти слова были приведены в моей статье.
Статья в № 36 Lycee от 1 января 1832 г., написанная после получения моего злосчастного письма, адресованного г. Ашетту и до опубликования моей статьи, трактует о направлении индуцированного тока и замечает, что должен существовать «элементарный ток, имеющий то же направление, что и соответствующая часть производящего тока». Несколько ниже говорится: «Следовательно, мы должны получить токи, движущиеся в том же направлении и произведенные при помощи магнита или тока в металлической проволоке. Г-н Ампер был настолько убежден, что направление индуцированных токов должно быть именно таково, что счел излишним удостовериться в этом во время своих женевских опытов».
Определенное указание в руководстве Демонферрана, совпадающее с выражениями де ля Рива (которые, как я теперь понимаю, означают только то, что движение подвижного кольца изменялось, когда изменялся индуцирующий ток) и не противоречащее ничему в описании опыта, сделанном лично Ампером, привели меня к выводу, что я в своей статье передаю его мнение. Появление номера Lycee, о котором я упоминал до печатания моей статьи, не могло возбудить подозрений в моей ошибке.
Таково объяснение моей невольной ошибки. Я с удовольствием исправляю ее и воздаю должное проницательности и точности, характеризующие работы г. Ампера во всех областях науки.
Наконец, в моем примечании сказано, что Lycee (№ 36) «принимает ошибочные результаты гг. Френеля и Ампера за истинные и т. д.». Называя результаты Ампера ошибочными, я имел в виду те, которые были описаны и упоминаемы в Lycee; теперь же это выражение становится неправильным.
М. Ф.
29 апреля 1833 г.
