5.7. Опыты с электрическим разрядом. Изучение атмосферного электричества

С помощью электрической индукционной машины и лейденской банки аббат Жан Нолле (1700–1770), который был при французском дворе в большом почете и поэтому проводил свои опыты в блестящей обстановке придворного общества (рис. 5.9), обстоятельно исследовал физиологическое действие электричества.

Прежде всего он показал, что последнее может проходить сквозь большое число людей (ему удалось заставить пройти электричество через цепь из 180 человек). Он впервые доказал на маленьких животных, что сильный электрический удар может действовать смертельно, и впервые советовал пользоваться электричеством в медицине, что вскоре было

осуществлено и стало особенно часто применяться для лечения паралича.

Имея такие достаточно точные и совершенные приборы для исследования свойств электричества, многие физики-естествоиспытатели стремились проделать возможно большее количество интересных опытов и находили все более разнообразное применение электрическому заряду. Известны опыты с электрическими колокольчиками, электрическая пляска шариков и другие подобные опыты, состоящие в том, что легкие предметы притягиваются и отталкиваются между двумя различно заряженными пластинами.

Другие опыты были основаны на световом и тепловом действии электрической искры.

Рис. 5.9. Опыты аббата Нолле с электрической индукционной машиной и лейденской банкой в Париже в начале XVIII века

В древних архивах сохранились записи, свидетельствующие о том, что грозного императора Нерона (37–68 гг. н.э.), страдавшего ревматизмом, придворные врачи лечили электрованнами. Для этого в небольшую деревянную кадку с водой пускали рыб, способных испускать электрические разряды. Находясь в такой ванне, император в течение предписанного врачами времени подвергался действию электрических разрядов и полей. Лечение проходило успешно.

Рис. 5.10. Опыт электрической иллюминации

Рис. 5.11. Опыт пробивания стекла искрой от разряда батареи лейденских банок

Электрическая иллюминация (рис. 5.10) представляет собой стеклянную доску, мозаично обклеенную кусочками листового олова, промежутки между которыми светятся при проскакивании по доске искр. Очень сильное тепловое воздействие можно получить при разряде батареи из нескольких лейденских банок. Таким разрядом можно пробить толстый картон или даже стекло, помещенное между электродами Т, Т ' (рис. 5.11).

Рассматривая первые опыты с искусственным электрическим разрядом, нельзя не отметить тот интерес, который проявило человечество к исследованию столь могущественного явления природы, как атмосферная молния и гром. Аристотель, например, считал молнию результатом самовозгорания в воздухе масляных и серных паров, к которым будто бы примешивалась селитра. Даже Декарт думал, что молния – это явление света вследствие «стягивания» частей облаков с выделением большой теплоты, а гром происходит оттого, что массы облаков с большой высоты внезапно обрушиваются на облака, лежащие внизу.

Английский физик Уолл первым в 1708 г., наблюдая за искорками и треском при трении янтаря, сопоставил их с громом и молнией. Позже Винклер в Лейпциге решительно подтверждал тождество этих явлений, отмечая, что единственное различие между искрой, извлекаемой из кондуктора электрической машины, и молнией заключается лишь в относительной силе обоих. Действительное же доказательство этого утверждения дал путем прямого опыта великий американец Бенджамин Франклин. С помощью бумажного змея на проводящем шнурке, запускаемого им прямо в грозовое облако, Франклин извлекал из последнего электричество и проводил с ним те же опыты, что и с электричеством, получаемым при вращении стеклянного круга.

В 1748 г. Франклин сформулировал вывод, что гроза есть не что иное, как соединение двух противоположных электричеств, а молния – громадная электрическая искра, которая, если попадает на хорошо проводящие тела, не оказывает никаких разрушительных действий на своем пути, но при переходе через изоляторы от одного проводника к другому может причинить огромные разрушения, воспламенять и плавить предметы. Наблюдение, что молния ударяет преимущественно в остроконечные выступы (башни, мачты, деревья и т.п.), навело Франклина на смелую мысль попробовать извлечь электричество из грозового облака, и, таким образом, в один из летних дней 1752 г. ученый произвел свой знаменитый опыт, об опасности которого для жизни он, конечно, не подозревал. Когда змей поднялся высоко и был плотно окружен грозовыми облаками, а нить от мелкого моросящего дождя намокла, к величайшей своей радости Франклин заметил, что отдельные волокна шелкового шнурка стали подниматься в точности так, как если бы они висели на кондукторе электрической машины. Это служило очевидным признаком того, что с грозовых облаков вниз по шнурку течет электричество.

Бенджамин Франклин (1706–1790) – американский просветитель, государственный деятель, ученый, один из авторов Декларации независимости и Конституции США. Как естествоиспытатель известен трудами по электричеству, разработал его унитарную теорию. Один из пионеров исследований атмосферного электричества, предложил молниеотвод. Физикой Франклин заинтересовался после того, как случайно прослушал лекцию по электричеству, на которой была показана электрическая искра и продемонстрировано неприятное действие на человека разряда лейденской банки. Пользуясь словами батарея, конденсатор, проводник, заряд, разряд, обмотка, мы вряд ли помним о том, что Франклин был первым, кто дал названия всем этим явлениям.

Рис. 5.12. Устройство молниеотвода

Впоследствии, в 1760 г., на крыше дома купца Веста в Филадельфии Франклин устроил первый молниеотвод, установив приемный железный стержень высотой в 3 метра и толщиной 27 миллиметров и соединив нижний его конец при помощи проводника с землей (рис. 5.12). Надлежащее соединение с землей составляет необходимое условие хорошего действия всей системы молниеотвода. Поэтому конец проводника погружался во влажный грунт на глубину до двух метров.

1780 год. Небольшой городок Сент-Оморе во Франции. Один из жителей городка установил на своем доме молниеотвод. Его соседи были так напуганы и возмущены этим фактом, что возбудили судебное дело против владельца молниеотвода. Процесс длился около четырех лет и наделал много шума. Интересно отметить, что в качестве защитника на суде выступал М. Робеспьер, в то время ещё молодой адвокат. Одним из экспертов со стороны истца был Марат, известный ученый и публицист, а впоследствии выдающийся деятель французской революции. Марат считал молниеотвод опасной затеей и был против его установки. После долгой борьбы М. Робеспьер выиграл процесс.

На крыше своего дома Франклин установил такой же стержень, снабдив нижний его конец двумя колокольчиками, звонившими всякий раз, когда воздух имел достаточно сильное электрическое напряжение.

Опыты Франклина, на основании которых Оксфордский университет в 1762 г. присудил американскому гражданину степень доктора, впоследствии были многократно повторены многими учеными. Так, француз де Рома поднимал свой змей на высоту до 180 метров, а в шнурок вплетал металлическую нить. В течение часа ему удавалось получить до тридцати огненных разрядов длиной более трех метров, сопровождавшихся треском, напоминающим выстрелы из пистолета.

Практическое значение изобретения молниеотвода долгое время не признавалось многими европейскими учеными. В Европе первый молниеотвод был сооружен в 1754 г. приходским священником Прокопом Дивишем в Моравии. Первым городом, в котором устроили молниеотвод на общественном здании, был Гамбург, где в 1769 г. им была снабжена башня Якова. Большое влияние на внедрение молниеотводов оказал голос знаменитого швейцарского физика Соссюра, который в 1771 г. устроил молниеотвод на своем доме в Женеве и, чтобы успокоить возмущенные этим богобоязненные души местных жителей, напечатал и даром раздал брошюру о практической пользе установки проводников атмосферного электричества. Но только в 1788 г. английские моряки стали устанавливать первые молниеотводы на мачтах своих судов.

В отличие от Европы американское правительство самым энергичным образом поддержало идею Франклина. В 1782 г. Филадельфия на своих 1300 домах имела уже свыше 400 молниеотводов. Они были установлены на всех общественных зданиях, за исключением отеля французского посольства. Именно в это здание и ударила молния 27 марта 1782 г., поразив насмерть офицера. И только тогда французское посольство установило на крыше здания молниеотвод.

В самой Франции только с 1784 г. молниеотводы стали устанавливаться на крышах пороховых магазинов и некоторых общественных зданий.

Венецианская республика в 1788 г. снабдила молниеотводами свой флот, а Фридрих Вильгельм II Прусский приказал устанавливать молниеотводы всюду в своих владениях, запретив, впрочем, их установку на крыше замка Сан-Суси.

Таким образом, конец XVIII века ознаменовался осознанием человечеством того, что в природе существует могущественное, но доселе малоизученное явление – электричество. Все великие открытия законов электротехники еще впереди. А пока передовые умы Европы и Америки с огромным трудом только нащупывали первые, мало о чем говорящие свойства и характеристики электричества, изобретали во многом несовершенные приборы для изучения природы электрических зарядов.