Путешествие в космос - Электромагнетизм космических тел

3. Атмосферное электричество

До конца XVIII века при всех исследованиях электрических явлений физики пользовались электростатическими машинами, в которых определяющую роль играла электризация трением. Вот как описывается в учебнике XIX века одна из таких машин.

«Изобретатель воздушного насоса Отто фон Герике устроил из серного шара род первой электрической машины. Он описывает ее следующим образом: Если кому угодно повторить мои опыты, пусть возьмет стеклянный баллон величиною с детскую голову, наполнит его растолченною серою и расплавит ее; по охлаждении разобьет баллон, вынет шар и сохраняет его в сухом месте. Если угодно, можно в шаре провертеть отверстие, чтобы удобно было вращать его на вставленном железном стержне как на оси. Если в темной комнате тереть шар сухой ладонью, то можно наблюдать не только притяжения и отталкивания, но заметен и свет, подобный издаваемому сахаром, когда его колют.»

Электрические явления начали вызывать все больший интерес, особенно после изобретения лейденской банки.

В январе 1746г. Реомюр в Париже получил письмо на латинском языке из Лейдена от тамошнего профессора Мушен-брока. В письме было сказано: «Хочу сообщить вам новый и странный опыт, который советую самим никогда не повторять. Я делал некоторые исследования над электрическою силой и для этой цели повесил на двух шнурах из голубого шелка железный ствол, получавший, через сообщение, электричество от стеклянного шара, который приводился в быстрое вращение и натирался прикосновением руки.

На конце ствола свободно висела медная проволока, конец которой был погружен в круглый стеклянный сосуд, отчасти наполненный водою, который я держал в правой руке; другою же рукой я пробовал извлечь искры из наэлектризованного ствола. Вдруг моя правая рука была поражена с такою силою, что все тело содрогнулось как от удара молнии. Сосуд, хотя и из тонкого стекла, обыкновенно сотрясением этим не разбивается и кисть руки не перемещается, но рука и все тело поражаются столь страшным образом, что я сказать не могу, одним словом, я думал, что пришел конец.»

«Лейденская банка» — так назвали описанный Мушенбро-ком первый конденсатор (накопитель зарядов) вызвала большой интерес и целый поток новых опытов. Но этот интерес еще более усилился, когда было установлено, что «земное электричество» родственно «небесному», что искры, наблюдавшиеся при опытах с лейденскими банками, являются маленькими моделями давно известных людям величественных и порою грозных стрел Зевса — молний.

Электрическая природа молнии впервые была убедительно доказана Бенджаменом Франклином. Этот самобытный и яркий американский ученый и общественный деятель родился в Бостоне в 1706г. Первую половину жизни он занимался издательской и тесно связанной с ней политической деятельностью.

Не получив систематического научного образования, Франклин лишь в 40 лет обратился к физике. Его заинтересовало стекание электрических зарядов с острия проводника, и, приняв идею, что искры, наблюдаемые при разряде лейденской банки, и молнии имеют общую природу, он пришел к мысли, что можно разряжать грозовые облака. 20 июля 1750г. в письме к своему другу Питеру Коллинсону он сообщает ему о задуманном опыте: установить на высоком месте длинный заостренный железный шест и попытаться заметить, не возникают ли искры при прохождении грозовых облаков.

Эта идея была реализована через два года во Франции. Поощряемые королем, Бюффон, Далибар и Делор провели нужный опыт. Приставленный для наблюдения возле вертикального металлического шеста солдат при появлении грозовой тучи слышал треск и наблюдал проскакивающие искры.

Опыты, подтверждающие электрическую природу молнии, были вскоре повторены многими физиками. В России, в Петербурге жертвой такого опыта летом 1753г. стал работавший вместе с М.В.Ломоносовым Георг Вильгельм Рихман (как и Франклин, он пользовался воздушным змеем и, вероятно, был убит молнией).

Изобретение громоотвода (правильнее называть его молниеотводом, хотя его действие проявляется не столько в том, что молнии направляются по безопасному каналу, сколько в предотвращении их появления из-за того, что стекающие с острия заряды частично разряжают грозовое облако) произвело огромное впечатление. Оно нашло отражение даже в дамских модах — моделями громоотводов начали украшать шляпки. Дошло дело и до политики. Английский король, чтобы не уподобляться республиканцу Франклину, запретил остроконечные завершения громоотводов. Воспротивившийся этому запрету президент Королевского общества поплатился должностью.

Но политика на этот раз, вопреки обыкновению, сыграла положительную роль. Французский физик Луи Гейом Лемонье, убежденный роялист, а значит, идеологический противник республиканца Франклина, решил бороться против него научными методами: им также был запущен воздушный змей, но только в абсолютно безоблачную, ясную погоду, когда никаких грозовых туч не было и в помине. А от нити, шедшей к змею, и при этом проскочила искра!

Таким образом было сделано открытие того, что потом получило название «поле ясной погоды». Экспериментальное исследование этого поля (как и любого электрического поля) в отличие от магнитного, оказалось задачей довольно трудной.

Так, уже в наше время появились квантовые магнетометры высочайшей чувствительности (их называют «сквидами», от англ. Superconducting Quantum Interference Device — сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство), позволяющие не только замечать, но даже и измерять весьма слабые магнитные поля. Что же касается электрических полей, то, хотя измерение их напряженности в принципе элементарно просто (поместите неподвижный единичный точечный заряд в интересующую Вас точку и, измерив действующую на него силу, Вы найдете напряженность электрического поля), но попытка реализовать все это встречает значительные трудности, которые часто лицемерно именуются «лишь техническими». Для реальных измерений электрических полей в атмосфере обычно используют «обходные пути». Один из таких путей связан с применением так называемых флюксметров.

Чтобы понять работу этих приборов, нужно вспомнить о знаменитой «клетке Фарадея».

Читатель, полагаю, помнит, что если внести в электрическое поле проводник, то в первые мгновения в нем начнутся токи, т.е. начнут перераспределяться заряды, и это перераспределение закончится тем, что поле исчезнет. И так же будет, если проводник вовсе не сплошной, если в нем есть полости. Если, это, к примеру, обыкновенная жестяная банка.

Это и есть «клетка Фарадея» — банка с проводящими стенками, внутрь которой постоянное электрическое поле не проникает. Если внутри такой банки имеется провод, то ток по нему, естественно, не течет.

Но если донышки этой банки то открывать, то закрывать, т.е. то впускать внутрь электрическое поле, то от него вновь отгораживаться, в проволочке будет то возбуждаться, то исчезать ток, и этот переменный ток можно измерить и по нему узнать, какое электрическое поле окружает банку. Это и объясняет принцип действия флюксметров.

Есть, конечно, довольно много и других методов измерения напряженности поля ясной погоды, но все они, во-первых, не очень удобны, во-вторых, не очень точны.

По-видимому, сказанным объясняется тот факт, что во многих местах на Земле уже давно ведется систематическое и тщательное слежение за магнитным полем, тогда как данные об электрическом поле (а они очень важны!) далеко не так полны.

Поиски истолкования физической природы поля ясной погоды дали не менее того, что принесло установление электрической природы молнии. Но для того, чтобы это выяснить, потребовалось еще немало времени и трудов, о чем мы постараемся подробнее рассказать ниже.

<<<Назад Страница 5 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz