Сержио Рарра Кастильо - Наука высокого напряжения. Фарадей. Электромагнитная индукция

• Название: Наука высокого напряжения. Фарадей. Электромагнитная индукция
• Автор: Сержио Рарра Кастильо
• Издательство: Де Агостини
• Жанр: Научпоп
• Год: 2015
• ISBN: 2409-0069

Майкл Фарадей родился в XVIII веке в бедной английской семье, и ничто не предвещало того, что именно он воплотит в жизнь мечту об освещенном и движимом электроэнергией мире. Этот человек был, вероятно, величайшим из когда-либо живших гениев экспериментальной физики и химии. Его любопытство и упорство позволили раскрыть множество тайн электричества и магнетизма, а также глубинную связь этих двух явлений. Фарадей изобрел электродвигатель и динамо-машину — два устройства, революционно изменившие промышленность, а также сделал другие фундаментальные открытия. Герой этой книги был самоучкой, он многое постиг экспериментальным путем, поэтому одной из его важнейших задач стало распространение знаний о своих открытиях среди коллег и современников.

---

ПЕРВЫЕ ОТКРЫТИЯ

Несмотря на то что Дэви принял Фарадея на работу, чтобы тот просто мыл пробирки и выполнял аналогичные задания, Майкл согласился на эти условия, пользуясь любой возможностью для того, чтобы приблизиться к настоящей науке.

Некоторое время спустя, в октябре 1814 года, Дэви попросил Фарадея стать его помощником и камердинером во время путешествия за границу. Для другого человека, не обладавшего скромностью Фарадея, это стало бы невыносимым унижением: сначала мойщик пробирок, теперь слуга. Ho Фарадей решил воспользоваться возможностью путешествовать с Дэви и увидеть Париж и города Италии — Геную, Флоренцию, Рим, Неаполь, Милан. Во время поездки он познакомился с лучшими учеными Европы — Алессандро Вольтой, которому было уже 70 лет, Андре-Мари Ампером, чьи публикации Фарадей с жадностью прочел еще в переплетной мастерской Рибо. Фарадей всегда носил с собой дневник, в котором тщательно описывал важные события, чтобы не забыть деталей, поэтому сейчас мы можем прочесть его впечатления от посещения Неаполя и восхождения на Везувий:

«На дымящейся лаве были расстелены скатерти, и неожиданно откуда-то появились хлеб, цыплята, тарелки, сыр, вино, вода и яйца, сваренные на горе, так был приготовлен импровизированный обед в том самом месте. […] После еды были подняты тосты за старую Англию и пропеты «Боже, храни королеву!» и «Правь, Британия, морями». Затем один господин, выходец из России, спел две песни своей страны, очень приятные, со странной и трогательной мелодией».

Путешествие длилось полтора года, за это время Фарадей немного научился говорить на французском и итальянском.

* * * Батарейка Вольты

Итальянский физик Алессандро Вольта (1745–1827) 20 марта 1800 года сообщил в Королевское общество об изобретении электрической батарейки, представлявшей собой соединение медных и цинковых пластин, проложенных тканью, смоченной в слабом растворе кислоты. Первоначально Вольта назвал свое изобретение электрический искусственный орган, основываясь на экспериментах Гальвани над мертвыми лягушками, мускулы которых подергивались при пропускании постоянного тока. Вольта доказал, что если поместить два металла в кислый раствор, возникает электрический ток. В элементе Вольта происходила электрохимическая реакция, во время которой медь отдавала электроны в раствор, а цинк забирал их. Одновременно цинк растворялся, и на поверхности меди появлялся водород.

Электродвижущая сила

Такая батарейка могла производить электродвижущую силу (ЭДС) порядка одного вольта на каждое соединение дисков. Хотя электродвижущая сила на самом деле представляет собой другую силу, исторически сохранилось именно такое наименование для обозначения электрической энергии, производимой батарейкой в замкнутый контур от каждой единицы электрического заряда, перемещаемого вдоль всего контура. В честь Алессандро Вольта единица электродвижущей силы в международной системе единиц СИ называется с 1881 года вольт.

Открытие йода

Во время своего путешествия на континент Дэви сделал открытие, которое пошатнуло одно практически всеобщее мнение, господствовавшее среди химиков. В Париже Ампер и КлеманДезорм показали Дэви вещество, изготовленное из одного вида морских водорослей, открытого

всего два года назад Бернаром Куртуа (1777–1838). При нагревании новое вещество испускало фиолетовый дымок, который затем конденсировался в виде темных кристаллов. Вещество было похоже на хлор. Тогда существовало мнение, что все кислоты содержат кислород, поэтому, если хлор составлял кислоту в комбинации с водородом (хлоргидридная кислота), считалось, что это должен быть какой-то оксид.

Кристаллы йода.

Два новых элемента

Дэви отвергал теорию о том, что все кислоты содержат кислород, и доказал: хлор и новое вещество — разные элементы. Сразу же из Парижа он отправил письмо в Королевское общество с описанием нового вещества и предложил для него название йод — от греческого слова, обозначающего фиолетовый цвет. Сейчас мы знаем, что йод — элемент с атомным номером 53, являющийся важным компонентом нашего рациона: недостаточное его количество может привести к различным заболеваниям. Английский философ Бертран Рассел (1872–1970) использовал эти медицинские данные о йоде для опровержения существования бессмертной души: «Явно химического происхождения используемая для мышления энергия. К примеру, недостаток йода в организме превращает разумного человека в идиота. Феномены сознания, вероятно, связаны с материальной структурой».

* * *

Кроме того, должность камердинера и готовность выполнить любую просьбу Дэви принесли свои плоды: по возвращении в Лондон Дэви в качестве компенсации обеспечил Фарадею двойное повышение по службе — Майкл стал ответственным за оборудование, помощником в лаборатории и коллекции минералов, а также получил разрешение проводить самостоятельные эксперименты.

Итак, скромное поведение бедного переплетчика позволило ему поступить в Королевский институт. Гемфри Дэви взял над ним покровительство, и Фарадей смог путешествовать по Европе и знакомиться со знаменитыми учеными — именно так жили молодые британские аристократы после нескольких лет учебы в Оксфорде или Кембридже. Кроме того, перед исследователем открывалась первая возможность ставить собственные опыты. Фарадей, не обладая ни деньгами, ни связями, умудрился получить такое же образование, как и любой другой студент высокого происхождения.

ПЕРВЫЙ СОБСТВЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

В 1815 году, после возвращения в Англию, Фарадей длительное время занимался подготовкой материалов для лекторов Королевского института, а также проводил химический анализ проб воды, взятых в разных регионах Великобритании. Кроме того, он помогал Дэви в его исследованиях, среди которых можно выделить изобретение лампы для горняков. По всей видимости, мысль о данном изобретении, в конечном итоге спасшем много горных рабочих, пришла в голову Дэви из-за несчастного случая, произошедшего в 1812 году, когда от взрыва на глубине 180 метров погибли 92 взрослых и ребенка. Подземный газ метан, содержавшийся в рудничном газе, легко воспламенялся от свечей и ламп, используемых горняками. Дэви сконструировал лампу, в которую метан проникал и выходил через маленькие трубки. Пламя было защищено сеткой из проволоки с 127 отверстиями на квадратный сантиметр, поэтому тепло от лампы не распространялось наружу и не вызывало воспламенения газа.

* * * Открытие «Люцифера»

В 1826 году Майкл Фарадей посоветовал своему коллеге, химику и фармацевту Джону Уолкеру (1781–1859), зарегистрировать патент на, как ему казалось, важное изобретение — спички, зажигающиеся от трения. Считается, что открытие было случайным.

Джон Уолкер

Уолкер взял хлорат калия, сульфид сурьмы, камедь и крахмал и перемешал их деревянной палочкой. Смесь засохла на конце палочки, а когда Уолкер решил очистить ее и потер палочкой о пол, вспыхнуло пламя. Уолкер не считал, что его изобретение достойно патента, он воспринимал его скорее как естественную химическую реакцию. Однако на следующий год некто

Сэмюэль Джонс, присутствовавший на демонстрации опытов Уолкера, зарегистрировал патент на спички, которые скоро появились в продаже под названием «Люцифер». Возможно, название «Люцифер» звучало лучше, чем «спички, зажигающиеся от трения», или потому что ими было очень удобно зажигать сигары, однако продажи табака вместе со спичками сильно возросли. Проблема состояла в том, что запах от химической реакции спичек «Люцифер» был очень сильным, они горели с большим количеством искр, а пламя было нестойким, так что использование этих спичек было более вредным для здоровья, чем курение табака.

Фарадей — мое величайшее открытие.

Гемфри Дэви

Однако возможность показать себя представилась Фарадею несколько позже. Его первым собственным экспериментом стал анализ образца негашеной извести, взятого в Италии. Результаты этого эксперимента были опубликованы в 1816 году в Quarterly Journal of Science под заглавием «Анализ каустического известняка из Тосканы». Благодаря передовому техническому оборудованию, которое попало в распоряжение Фарадея, он сразу же проявил себя как прекрасный экспериментатор, так что распространилось мнение, что его по заслугам можно назвать достойным преемником Дэви.

Вскоре Фарадей открыл два хлорида углерода и вместе с Ричардом Филлипсом подтвердил наличие третьего. В 1826 году он установил, что каучук состоит из углеводородных цепей, и предположил, что в дальнейшем будет возможно создание синтетического каучука. Это открытие для той эпохи нельзя недооценивать, так как каучук — довольно странное вещество. Когда европейцы (это были португальцы), вернувшиеся из Бразилии, привезли первые образцы каучука, многие решили, что это вещество наверняка связано с колдовством: его кусочки не только обладали эластичностью, но и могли стирать написанное карандашом — так появилась первая в истории резинка (до этого вместо нее использовали хлебный мякиш).