Как мальчик Хюг сам построил радиостанцию
Шрифт:
Как ни слаб был ток, он показал Вольту, что путь его верен. Теперь надо было найти способ усилить ток.
Он занялся комбинированием разных металлов и, наконец, остановился на меди и цинке.
Потом ему пришло в голову, что быть может какая-нибудь другая жидкость, помещенная между металлами, даст лучшие результаты, чем вода.
Зная, что соленая вода лучший проводник электричества чем пресная, он взял стеклянную банку, налил в нее до половины соленой воды и в раствор погрузил медный и цинковый брусок, стараясь, чтобы электроды не касались друг друга. Когда он соединил верхушки брусков проволокой, он получил гораздо более сильный ток, и проволока стала горячей. Вспомнив об электрических свойствах серы, Вольта решил попробовать применить раствор серной кислоты. Результаты получились
Так Вольта разработал электрический ток, который в настоящее время творит такие чудеса. Банка с медной и цинковой пластинками, погруженными в раствор кислоты, есть знаменитый Вольтов элемент; несколько таких элементов называются электрической батареей.
Вольтов столб.
— Но я все-таки не понимаю, почему металлы, погруженные в кислоту, производят электричество, мисс Фергюсон?
— Напиши и спроси доктора Камерона, — ответила она, улыбаясь. — Я не знаю. В этом есть что-то химическое, а я никогда не учила химии.
На самом деле, хотя Вольтов элемент или составленная из нескольких таких элементов батарея была в течение более ста лет основой всей электрической работы, причины и действия ее стали известны лишь недавно.
Многие вещества, помещенные в определенный раствор соли и кислоты, дают значительную разность потенциалов [6] . Самым общепринятым примером таких веществ служат цинк и медь. Такие вещества носят название «электродов». Растворы, в которые помещают электроды, называются «электролитами». Обыкновенная соленая вода и слабый раствор серной кислоты были наиболее употребляемыми растворами во время раннего периода развития науки об электричестве.
6
Действительная причина этого не выяснена. Вероятно, это происходит от разницы в структуре составляющих эти вещества атомов; вопрос об атомических неправильностях во время химического изменения вне рамок этой книги. Ф. Р — У.
Электроды различаются по силе; в следующем списке из десяти веществ — цинк, железо, никель, свинец, жесть (олово), медь, ртуть, серебро, платина и углерод — электрический ток может существовать между любыми двумя из них, чем дальше они стоят друг от друга в списке, тем сильнее будет ток.
Цинк и углерод, стоящие в начале и конце списка, имеют наибольшую разность потенциалов. Они широко распространены в настоящее время и входят в состав как «мокрых» (Лекланше) элементов, употребляемых для электрических звонков, так и сухих, какие употребляются для карманных фонариков.
Электролитов много, из них наиболее употребительны растворы серной кислоты, медного купороса, хлористого кальция и хлористого натра (обыкновенная соль; и нашатыря. Последние два употребляются первый в «мокром», второй в «сухом» элементе. Нашатырь в «сухом» элементе употребляется в виде влажной пасты, чтобы он не расплескивался.
Вольтов элемент.
Электрическая батарея, состоящая из нескольких Вольтовых элементов, имеет громадное значение в радио. Без нее ничего бы нельзя было сделать. Все первоначальные опыты с электрическим током были сделаны при ее помощи. Первая удачная радиопередача была сделана при помощи энергии, полученной от батареи из трех элементов, и до настоящего времени батарея необходимая часть аппарата как обыкновенного, так и беспроволочного телеграфа.
Поэтому важно хорошо понять, в чем же состояло открытие, к которому случайно повело подергивание лягушачьих лапок.
Простейший вид Вольтова элемента состоит из медной и цинковой пластинки, погруженных в раствор серной
Как только электроды соединяются и возникает ток, на медной пластинке появляются пузырьки, наполненные газом (водородом). Через некоторое время можно заметить, что цинк начинает разлагаться (или входить в химическое соединение). Очевидно, что ток, идущий от меди к цинку вне раствора, идет также от цинка к меди внутри раствора, чтобы создать цепь. Так как электроды внутри раствора не соединены, значит между ними существует «жидкое пространство», как в лейденской банке Хюга «воздушное пространство». Чтобы ток мог перескочить через это «жидкое пространство», необходимо, чтобы раствор был ионизирован, как был ионизирован воздух между электродами. Эти химические изменения (известные под именем электролиза) при прохождении тока производят физические и атомические изменения Ток разлагает раствор, наэлектризовывает некоторые молекулы состава, ионизирует некоторые атомы, отчего свободные электроны (ток) могут постоянно переходить от цинка к меди.
Положительные ионы с громадной скоростью движутся к отрицательному электроду, или «катоду», а отрицательные с еще большей скоростью стремятся к положительному электроду, или «аноду». (Иногда, для ясности, эти ионы называются катионами и анионами).
Если электрический ток проходит через раствор, содержащий металлические ионы (например, серебро), металл будет отлагаться на катоде положительными ионами. В этом основа «гальванопластики» — серебрения и золочения.
Если разобраться в этом довольно сложном процессе, происходящем в электролитах, становится понятно удивление Хюга, каким образом электрический ток явился из ничего. Мальчик бессознательно почувствовал ту глубокую научную истину, что энергию нельзя создать, ее можно только видоизменить. Когда мальчик натирал янтарь фланелью и стекло шелком, его собственная мускульная энергия превратилась в электрическую; в его электрической машине в электрическую энергию перешла механическая энергия водяного колеса; в Вольтовом элементе химическая энергия превратилась в электрическую.
Хотя доктор Камерон обещал Хюгу прислать ему электрическую батарею, но мальчик знал, что пройдет еще много времени, пока будет оказия из Фолджэмбвилля в Муравьиную долину, а у него не было терпения ждать так долго. Он хотел сам поскорее сделать батарею.
Проводив учительницу и вернувшись домой, мальчик сразу стал думать над тем, как устроить батарею. Труднее всего было достать цинк и медь. Единственные металлы, которые он мог найти дома, были жесть (собственно белое железо) и свинец от пуль. Мисс Фергюсон ничего не говорила о свинце, но она упоминала об углероде. Мальчик вспомнил, что она как-то говорила ему, что древесный уголь есть вид углерода.
Он взял для электродов жесть и уголь, а для электролита соленую воду. Но откуда же он мог узнать, что между его электродами есть действительно ток? Он забыл спросить мисс Фергюсон, как узнал это Вольта.
Несомненно, лягушачья лапка могла бы помочь ему увидеть присутствие тока, так как она была очень хорошим проводником. Но где же взять лягушку зимой? Он решил испытать на самом себе, есть ли ток. Он перерезал проволоку посредине, чуть-чуть раздвинул концы ее, просунул между ними палец и почувствовал слабое щекотание. Этого было достаточно, чтобы доказать ему, что батарея работает, хотя и очень слабо.
На следующий день Хюг спросил мисс Фергюсон, каким образом Вольта узнал о присутствии тока, но она не знала. Мальчик употребил все послеобеденное время на то, чтобы зарядить свою лейденскую банку от батареи, но это ему не удалось.
Наступил последний день занятий в школе. Мальчик упросил Уота Берка взять его с собой в Фолджэмбвилль проводить учительницу. Он был очень огорчен ее отъездом, так как знал, что она не захочет вернуться туда, где столько выстрадала от мальчиков Айртонов, и понимал, сколько пользы она принесла ему своим сочувствием и помощью в его стремлениях. Они приехали на станцию немного раньше времени, и Хюг впервые увидел телеграфный аппарат. Он пришел в восторг, увидя блестящие медные пластинки и проволочные спирали.