О соотношении физических сил

В течение наших бесед мы не раз видели, что одна из сил материи производит результаты, которые получаются и от действия какой-нибудь другой силы. Мы видели, что электричество кроме притяжения производит еще другие действия, например, влиянием своим на силу химического сродства оно соединяет и разлагает тела. Этот случай дает нам уже пример связи между двумя силами. Но силы природы представляют еще другие, более глубокие соотношения. Мы должны рассмотреть не только, как одна сила влияет на другую, каким образом, например, сила теплоты действует на силу химического сродства и т. д., но мы должны стараться понять, в каком отношении силы находятся друг к другу и каким образом одна сила может быть превращена в другую. Сегодня мне и вам придется употребить все старания для того, чтобы разъяснить себе этот предмет. Я, впрочем, должен буду ограничиться лишь одним или двумя примерами.

Я возьму кусок тонкого листового цинка, разрежу его на узкие полоски и нагрею их, т. е. приложу к ним силу теплоты, допуская в то же время прикосновение их с воздухом, вы увидите, что они при этом будут гореть; благодаря приобретенным вами сведениям вы скажете, что в этом случае происходит химическое действие. Вы видите, кусок цинка горит точно так же, как дерево, только с большей яркостью. Часть цинка уходит в воздух в виде белого дыма, а часть его падает на стол. Мы таким образом имеем дело с действием химического сродства между цинком и кислородом воздуха. Чтобы показать вам это сродство, я сделаю опыт, поразительный в первый раз. Вот немного железных опилок и пороха; я тщательно перемешаю опилки с порохом, соблюдая при этом возможную осторожность. Мы сравним теперь способность горения обоих веществ. В пламя горящего спирта я буду бросать нашу смесь пороха с опилками, так что частички пороха и опилок будут иметь одинаковую возможность загореться. Теперь скажите мне, которые из них горят? Вы видите яркое горение железных опилок, между тем как большая часть пороха, хотя он имеет такую же возможность загореться, остается нетронутой. Мне нужно только слить спирт из чашки, дать просохнуть пороху, прошедшему через пламя, для чего достаточно несколько минут, и затем испытать его зажженной спичкой. Расположение железа к горению так велико, что при некоторых обстоятельствах оно требует для своего воспламенения меньше времени, нежели порох. Теперь порох просох, я прикасаюсь к нему зажженной спичкой, вы видите по сильной вспышке, как много пороха не сгорело во время падения через спиртовое пламя.

Остановимся на этих случаях химического сродства и посмотрим, есть ли возможность обратить эту силу в электричество, магнетизм или в какую-нибудь другую из сил, с которыми мы познакомились. Вот немного цинка, – я продолжаю употреблять цинк, потому что он очень годен для нашей цели, – помещаю его в реторте с серной кислотой, причем выделяется водород. Цинк разлагает воду на ее составные части и освобождает из нее водородный газ. Но из опыта в то же время известно, что если поверхность этого цинка покрыта незначительным слоем ртути, то способность его разлагать воду от этого не теряется, но изменяется весьма замечательным образом. Смотрите, как шипит теперь наша смесь цинка с серной кислотой, но если я прибавлю к ней немного ртути, то газ перестанет выделяться. Теперь не выходит из смеси почти ни один пузырек водорода, так что действие цинка на серную кислоту на время прекращено. Мы не уничтожили при этом химического сродства, а только видоизменили его замечательным образом. Вот несколько пластинок цинка, точно так же покрытых слоем ртути, как покрыт цинк, находящийся в реторте; если я опущу такую пластинку цинка в серную кислоту, то газ не будет выделяться. Однако при этом замечательно то, что если вместе с цинком опущу в кислоту еще другой металл, не имеющий в такой степени способности гореть, как цинк, то действие возобновится. В реторту с серной кислотой и цинком, покрытым слоем ртути, я помещаю кусок медной проволоки, – медь не такой горючий металл, как цинк. Вы видите, что водород начинает выделяться точно так же, как выделялся в начале опыта, пузыри его проходят через воду и собираются все скорее и скорее в колоколе, – цинк действует теперь вследствие своего прикосновения с медью.

Всякий шаг, который мы делаем теперь вперед, приводит нас к новому явлению. Водород, который, как видите, так обильно освобождается теперь, выделяется не у цинка, как прежде, а у меди. Вот у меня сосуд, содержащий раствор меди, кусок амальгамированного цинка не производит на него почти никакого действия; если я помещу в раствор пластинку платины и оставлю ее там сколько угодно времени, то она также не произведет никакого действия. Но если я одновременно опущу в раствор пластинки цинка и платины и приведу их в прикосновение между собой, то вы заметите, что платина немедленно покроется слоем меди. Отчего это происходит? Платина сама по себе не имеет способности выделять металл из жидкости, а получает эту способность каким-то таинственным образом вследствие прикосновения с цинком. Вы видите здесь странную передачу химической силы от одного металла к другому, от цинка к платине, вследствие простого соприкосновения этих металлов. Вместо платины я могу поместить в раствор кусок меди или серебра, которые сами по себе тоже не произведут на него никакого действия, но как только я вставлю в него еще цинк и приведу его в соприкосновение с этими металлами, действие немедленно начнется, и они покроются медью. Не удивительно ли это явление? Действие той же химической силы частиц цинка мы каким-то странным образом можем перемещать с места на место, – в замечательном опыте, который я показал вам, мы заставили химическую силу перейти от цинка к платине, помещая оба металла в одну и ту же жидкость и приводя их в соприкосновение друг с другом.

Рассмотрим теперь эти явления поближе. Возьмем сосуд с жидкостью вместе с пластинками цинка и платины или меди. Если мы соединим их между собой вне сосуда проволокой, то результат будет тот же, что и в том случае, когда пластинки непосредственно соприкасаются друг с другом. Если вместо одного сосуда я возьму несколько сосудов, вставлю в каждый из них цинк и платину и соединю платину одного сосуда с цинком другого, то этот ряд сосудов будет действовать вместе. Позади меня вы видите такой прибор. Я употребляю так называемую гальваническую батарею Грове, в которой действуют цинк и платина: сила от всех 40 пар металлических пластинок действует в этом приборе одновременно, и все количество возбужденной таким образом химической силы проводится по этим проволокам, которые проходят под полом и могут быть соединены с этими двумя прутами, проходящими через стол. Стоит только привести в соприкосновение концы этих проволок, и искра покажет нам присутствие силы. Не замечательно ли, что эта сила переносится из батареи, стоящей позади меня, и проводится по этим проволокам?

Гемфри Дэви устроил много лет тому назад прибор, при помощи которого можно узнать, производит ли сила гальванической батареи взаимное притяжение тел, так же как и обыкновенное электричество. Он устроил его для опытов со своей большой гальванической батареей, самой сильной из существовавших в то время. В стеклянном сосуде подвешены два золотых листка, которые я могу приближать и удалять друг от друга с помощью винта наверху сосуда. Я соединяю каждый из этих листков с проволокой батареи, и если батарея достаточно сильна, то я буду в состоянии показать вам, что при этом листки на небольшом расстоянии притягивают друг друга. Когда золотые листки от действия притяжения придут в соприкосновение друг с другом, то они загорятся от действия нашей силы, что может случиться лишь тогда когда они действительно прикасаются другу к другу. Я не сомневаюсь, что некоторые из вас увидят приближение листков прежде, нежели они загорятся, а те, которые слишком удалены от стола, для того чтобы заметить это приближение, увидят по горению листков, что они пришли в соприкосновение. Я делаю этот опыт: листки сближаются между собой, вот, наконец, они загорелись, – вы видите блестящую вспышку. Притягательная сила в обоих концах батареи показывает вам, что мы имеем теперь дело с явлениями электрическими.

Посмотрим теперь, что это за искра. Я беру оба конца проволок, соединяю их и получаю прекрасную искру с сильным блеском, подобным блеску солнца. Что же это за явление? То ли самое, которое происходит при разряжении большой электрической машины, когда вы также замечали блестящую искру? Явление в обоих случаях, действительно, одинаково, только искра от проволок батареи продолжительнее, потому что прибор этот действует сильнее. Вместо машины, которую нужно долго вертеть, мы имеем здесь химическую силу, посылающую искру, которая дивным образом проводится по проволокам. Я хочу показать вам, что эта искра и производимая при этом теплота не более не менее, как химическая сила цинка, которая переносится по проволокам и доходит до их концов. Я возьму кусок цинка и сожгу его в кислороде, чтобы показать вам, какой именно свет производится настоящим сгоранием в кислороде одного из употребляемых нами металлов. Я зажигаю на спиртовой лампе кисточку из листового цинка и вставляю ее в сосуд с кислородом, – вы видите, что она горит ярким светом. Это явление показывает вам энергию и силу химического сродства. В батарее, находящейся позади меня, цинк сгорает гораздо быстрее, нежели в этом сосуде, в ней цинк растворяется, горит и производит сильный электрический свет, который вы видите у концов проволок. Та же сила, которая развивается в сосуде с кислородом и горении в нем цинка, проводится по проволокам батареи и обнаруживается у их концов в виде электрического света. Вы можете поэтому рассматривать дело так, что цинк сгорает в сосудах батареи и что свет от этого горения обнаруживается при сближении концов проволок (полюсов). Я мог бы устроить наш прибор таким образом, чтобы показать вам, что в обоих случаях развивается одно и то же количество силы. Таким образом мы по произволу можем располагать силой химического сродства и проводить ее с места на место. Когда мы хотим произвести взрыв пороха, мы можем направить в мину силу химического сродства, превращенную в электричество; не запасаясь заранее огнем, мы можем получить его когда угодно. Вы видите здесь сосуд, в котором помещены две заостренные палочки из древесного угля; этот прибор может также служить нам примером удивительной способности нашей силы передвигаться с места на место. Стоит только соединить посредством проводов палочки из угля с батареей и привести их в соприкосновение между собой, сила сейчас же обнаружится (электрический свет). Мы выкачали воздух из сосуда, так что уголь не может гореть, и поэтому свет, который вы видите, происходит от сгорания цинка в батарее, находящейся позади меня; уголь не исчезает, хотя и дает нам чудесный электрический свет. Как только я прерываю соединения угля с батареей, свет прекращается. Вот другой пример, который еще лучше покажет вам, с какой уверенностью мы можем проводить нашу силу в такие места, в которых при обыкновенных обстоятельствах химическое сродство не могло бы действовать. Мы можем поместить угольные полюсы в воду и получить там электрический свет. Теперь они под водой, – вы видите, что, сообщая их с батареей, мы получаем тот же свет, который имели в стеклянном сосуде.

Но кроме образования света горящий цинк производит еще и другие действия. Вот несколько несгораемых проволок: одну из них, тонкую, платиновую проволоку я укреплю между двумя столбиками, которые могут быть соединены с батареей. Производя это соединение, мы получаем огромное количество теплоты. Не удивительно ли это явление? Проволоки, идущие от батареи, представляют для прохождения силы настоящий мост. В нашем приборе сила всюду проводится по металлу, но вы видите, что большое количество теплоты выделяется в платиновой проволоке, которая представляет собой некоторое сопротивление движению силы. Это – та теплота, которую цинк дал бы при горении в кислороде; но так как он горит в гальванической батарее, то теплота выделяется в другом месте. Я укорочу теперь проволоку, чтобы показать вам, что чем короче проволока, затрудняющая прохождение силы, тем сильнее выделяющаяся в ней теплота, пока, наконец, платина не будет расплавлена ею и не упадет, вследствие чего сообщение прервется.

Вот другой пример. Я кладу кусок серебра на древесный уголь, представляющий собой один полюс батареи; другой полюс ее я также приведу в соприкосновение с серебром. Смотрите, как ярко горит серебро.

Я кладу на уголь кусок железа, – вы видите, что и он сгорает; мы можем сжигать таким образом между полюсами батареи почти все вещества. Я хочу показать вам теперь, что эта сила есть не что иное, как химическое сродство, что хотя мы и называем ее теплотой, электричеством или другим именем, соображаясь с ее источником или способом передачи, но в сущности она – химическое сродство. Вот окрашенная жидкость, изменение цвета которой указывает на химическое действие. Я налью часть этой жидкости в стакан, и вы увидите, что проволоки батареи произведут в ней весьма сильную перемену. Действие, которое я покажу вам, не будет ни горение, ни образование теплоты Я беру две платиновые пластинки, прикрепляю их к проволокам батареи и затем помещаю в наш раствор. Вы скоро увидите, что голубой цвет его полностью исчезнет. Смотрите, раствор уже обесцвечивается. Мне стоило только опустить концы проволок в раствор индиго, – проходящая через них сила электричества обнаруживается этим химическим действием. Говоря о химическом действии электричества, я должен упомянуть еще об одном замечательном явлении, именно, что цвет раствора разрушается от действия одного только полюса батареи. Я налью немного более этой серноиндиговой кислоты в плоскую чашку и поставлю в ней глиняную пористую перегородку, которая разделит жидкость на две части. Теперь мы можем видеть, есть ли различие в действии обоих полюсов батареи и который из них, собственно, обесцвечивает жидкость. Вы видите, что на правой стороне полюс действительно уничтожает синий цвет раствора, – часть его на этой стороне совершенно побелела, – тогда как на другой стороне в ней не произошло, по-видимому, никакого изменения. Я говорю «по-видимому», потому что вы не должны думать, что на этой стороне не произошло никакого действия лишь потому только, что этого вы не замечаете.

Вот другой пример химического действия. Я опять беру платиновые пластинки и погружаю их в медный раствор, из которого мы прежде осадили часть меди, поместив в него одновременно платину и цинк. Вы видите, что платиновые пластинки сами по себе не производят никакого химического действия на раствор, они могут оставаться в нем сколько угодно времени, не осаждая из него меди. Но как только я соединяю их с проволоками батареи, то химическое действие, которое в батарее превращается в электричество и проводится по проволокам, снова обнаруживается как химическое действие у двух платиновых полюсов, осаждая из раствора медь на платиновую пластинку с левой стороны. Таким образом я мог бы показать вам много любопытных примеров того, каким образом химическое действие или электричество может быть перенесено с места на место. Замечательный самородок золота, модель которого находится в другой комнате, представляет особенно интересное явление в истории золота. Он был найден в Балларате и при выплавлении его, в ноябре 1859 г., стоил от 8000 до 9000 фунтов стерлингов. Самородок этот был образован в недрах земли какой-нибудь силой, подобной тем, пример которых я вам показал. Прекрасное свинцовое дерево, которое находится теперь перед нами, также образовалось действием химического сродства, от которого свинец нарастал постепенно все более и более. Способ действия свинца и цинка в маленьком гальваническом приборе имеет для нас важное значение, потому что в природе мы постоянно видим подобные малые действия, которые чрезвычайно важны для осаждения металлов, образования минеральных жил и т. д.

Эти малые действия продолжаются неопределенно долгое время, производя таким образом в течение веков огромные изменения. Я показал вам несколько примеров превращения химического сродства в электричество и электричества – в химическое сродство. Ограничимся покуда ими и постараемся ознакомиться немного глубже с химическим сродством или электричеством, – мы не знаем, какую силу нужно назвать прежде, так как одна весьма различными путями производит другую. Силы эти замечательны еще своей способностью производить силу, которую мы уже рассматривали, а именно магнетизм. Эта способность электричества и химической силы производить магнетизм стала известна лишь в последнее время. Естествоиспытатели давно предчувствовали это сродство между названными силами и давно уже питали надежду доказать существование его, – в науке всегда сперва начинают с надежд и ожиданий, и когда они осуществляются, то на них опять основывают новые ожидания, дальнейшие открытия, и таким образом наука идет все вперед, преследуя известную мысль, осуществляя ее, добывая результаты и опирая на них дальнейшие надежды.

Обратите теперь внимание на следующий опыт. Вот кусок проволоки, которым я соединю оба конца батареи, Это простая медная проволока; сама по себе она не обнаруживает магнетизма. Действительно, покуда проволока соединена с одним лишь концом батареи, она не оказывает никакого действия на магнитную стрелку. Но посмотрите, как стрелка повертывается, как только я соединяю проволоку с другим концом батареи. Когда я размыкаю цепь батареи, стрелка опять приходит в состояние покоя. Таким образом вы видите, что проволока во время прохождения через нее электрического тока, очевидно, действует на магнитную стрелку. Я покажу вам теперь этот опыт немного нагляднее. Вот у меня очень длинная проволока, свернутая в спираль; эта спираль будет действовать на нашу стрелку гораздо сильнее, она будет на нее действовать как настоящий магнит. Медная спираль сама по себе не действует на магнитную стрелку; я соединяю теперь концы ее с полюсами батареи, – смотрите, как спираль сильно притягивает один конец стрелки, отталкивая другой конец ее. Вы таким образом видите, что наша медная проволока в, виде спирали действует на стрелку подобно настоящему магниту. Не замечательно ли, что мы можем устроить магнит из меди? Я помещаю теперь железную полосу в другую медную спираль, и покуда через проволоку не проходит электрический ток, спираль не оказывает никакого действия на полосу, – смотрите, полоса вовсе не притягивает железных опилок. Теперь я соединяю концы спирали с батареей так, что через спираль проходит ток. Смотрите, как сильно наша полоса теперь притягивает железные опилки. Полоса стала теперь сильным магнитом, она притягивает теперь несколько кусков железа. Однако, когда я опять прерываю соединение спирали с батареей, притяжение железной полосы к железу исчезает. Какое может быть лучшее и более строгое доказательство связи между электричеством и магнетизмом? Я беру теперь подковообразно изогнутую полосу железа и обвиваю ее медной проволокой. Проволока должна быть при этом покрыта шелком, для того чтобы медь не прикасалась к железу. Если я соединю проволоку с батареей, то я могу сделать такой же опыт с изогнутой полосой железа, какой я сделал во второй лекции с магнитом, т. е. образовать мост из железных опилок. Смотрите, как сильно железные опилки притягиваются полосой, когда через проволоку проходит электрический ток. Такие аппараты называются электромагнитами – выражение, обозначающее, что магнит приготовлен действием электричества. Этим путем мы можем приготовить самые сильные магниты.

Вот еще хороший пример могущественной силы магнетизма. Перед нами сильный электромагнит. Когда я пропускаю ток через обвивающие его проволоки, он притягивает железную полосу с такой силой, что я не могу оторвать ее от него. Я могу поднять весь магнит вместе с этой полосой, но оторвать ее мне невозможно. Если я положу на него длинную железную полосу, то другой конец ее проявит значительную магнитную силу, – смотрите, сколько железа этот конец притягивает! Таким образом мы видели переход химической силы в электричество и электричества в магнетизм. Я мог бы показать вам еще несколько опытов этого рода, я мог бы показать вам получение из магнита электричества и химической силы, теплоты и света, но соотношения сил материи и их взаимные превращения, надеюсь, будут вам и без того понятны.

В заключение я должен благодарить вас за внимание, с которым вы следили за этими лекциями. Надеюсь, что познания, которые вы приобрели теперь о некоторых законах природы, поведут некоторых из вас к полнейшему и более всестороннему изучению этих законов. В самом деле, какие науки более свойственны уму человека, какие науки могут более удовлетворить его, чем науки естественные? При помощи этих наук человек находит, по словам поэта, «…язык в деревьях, книгу в ручьях, летописи в скалах и всюду законы».